java并发编程- java线程深入理解（二）

java并发编程- java线程深入理解（二） 线程

线程和进程

        进程：

        1.当一个程序被运行，从磁盘加载这个程序的代码至内存，这时就开启了一个进程

        2.进程可以理解为一个程序的实例，可以又多个（比如记事本，浏览器多开）也可以只有一个（比如360,电脑管家）

        3. *** 作系统会以进程为单位，分配系统资源（CPU时间片、内存等资源），进程是 资源分配的最小单位。

        线程：

        1.线程是进程中的实体，一个进程可以拥有多个线程，一个线程必须有一个父进程

        2.一个线程就是一个指令流，将指令流中的一条条指令以一定的顺序交给 CPU 执行

        3.线程，有时被称为轻量级进程(Lightweight Process，LWP），是 *** 作系统调度（CPU调度）执行的最小单位。

区别：

        进程基本上相互独立的，而线程存在于进程内，是进程的一个子集

        进程拥有共享的资源，如内存空间等，供其内部的线程共享

        进程间通信较为复杂同一台计算机的进程通信称为 IPC（Inter-process communication）

        不同计算机之间的进程通信，需要通过网络，并遵守共同的协议， 例如 HTTP，ftp等等

        线程通信相对简单，因为它们共享进程内的内存，一个例子是多个线程可以访问同一个共享变量线程更轻量，线程上下文切换成本一般上要比进程上下文切换低

我们可以在window上查看任务管理器来观察进程与线程

        

 以上内容都是属于一个个程序，也就是进程，比如我们打开idea,里面的每一条就是属于idea进程里面的线程，它们对应执行自己的功能 ，cpu划分资源是直接划给idea再由idea分配给具体线程

 

上下文切换

        上下文切换是指CPU从一个进程或线程到另一个进程或线程的切换。

        为啥要切换？线程切换和进程切换有啥区别？

        上下文切换是多任务 *** 作系统的一个基本特性。 在多任务 *** 作系统中，多个进程似乎同时在一个CPU上执行，彼此之间互不干扰。这种并发的错觉是通过快速连续发生的上下文切换(每秒数十次或数百次)来实现的。这些上下文切换发生的原因是进程自愿放弃它们在CPU中的时间，或者是调度器在进程耗尽其CPU时间片时进行切换的结果。         上下文切换通常是计算密集型的。就CPU时间而言，上下文切换对系统来说是一个巨大的成本，实际上，它可能是 *** 作系统上成本最高的 *** 作。因此， *** 作系统设计中的一个主要焦点是 尽可能地避免不必要的上下文切换 。与其他 *** 作系统(包括一些其他类unix系统)相比，Linux的众多优势 之一是它的上下文切换和模式切换成本极低。 上下文切换只能在内核模式下发生。

 

线程生命周期        

        对于 *** 作系统而言，它的线程是有五个状态：

        初始状态、可运行状态、运行状态、休眠状态和终止状态。

1. 初始状态 ， 指的是线程已经被创建，但是还不允许分配 CPU 执行。这个状态属于编程语言特有的，不过这里所谓的被创建，仅仅是在编程语言层面被创建，而在 *** 作系统层面，真正的线程还没有创建。 2. 可运行状态 ，指的是线程可以分配 CPU 执行。在这种状态下，真正的 *** 作系统线程已经被成功创建了，所以可以分配 CPU 执行。 3. 当有空闲的 CPU 时， *** 作系统会将其分配给一个处于可运行状态的线程，被分配到CPU 的线程的状态就转换成了 运行状态 。 4. 运行状态的线程如果调用一个阻塞的 API（例如以阻塞方式读文件）或者等待某个事件（例如条件变量），那么线程的状态就会转换到 休眠状态 ，同时释放 CPU 使用权，休眠状态的线程永远没有机会获得 CPU 使用权。当等待的事件出现了，线程就会从休眠状态转换到可运行状态。 5. 线程执行完或者出现异常就会进入 终止状态 ，终止状态的线程不会切换到其他任何状态，进入终止状态也就意味着线程的生命周期结束了。 这五种状态在不同编程语言里会有简化合并。         Java 语言里则把可运行状态和运行状态合并了，这两个状态在 *** 作系统调度层面有用，而 JVM 层面不关心这两个状态，因为 JVM 把线程调度交给 *** 作系统处理 所以从 *** 作系统层面看java里面的线程应该是四种状态：                 初始 ，运行，休眠，终止 实际Java 语言中线程共有六种状态，分别是：         1. NEW（初始化状态）         2. RUNNABLE（可运行状态+运行状态）         3. BLOCKED（阻塞状态）         4. WAITING（无时限等待）         5. TIMED_WAITING（有时限等待）         6. TERMINATED（终止状态）         在 *** 作系统层面，Java 线程中的 BLOCKED、WAITING、TIMED_WAITING 是一种状态， 即休眠状态。也就是说只要 Java 线程处于这三种状态之一，那么这个线程就永远没有 CPU 的使用权。

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JAVA线程实现

        这个我相信大部分人都是比较清楚的，常用的就那三种

                       new Thread     实现Runnable     实现 Callable

        还有同学可能会想到什么线程池之类的，其实本质上Java中实现线程只有一种方式，都是通过new Thread()创建线程，调用Thread#start启动线程最终都会调用Thread#run方法

        线程创建完成，要运行是如何运行呢？

下面是java源码的执行流程：

 Java线程属于内核级线程

        JDK1.2—— 基于 *** 作系统原生线程模型来实现。Sun JDK,它的Windows版本和Linux版本 都使用一对一的线程模型实现，一条Java线程就映射到一条轻量级进程之中。         内核级线程（Kernel Level Thread ，KLT）：它们是依赖于内核的，即无论是用户进程中的线程，还是系统进程中的线程，它们的创建、撤消、切换都由内核实现。         用户级线程（User Level Thread，ULT）： *** 作系统内核不知道应用线程的存在。

协程        

        用户级线程也叫协程，是一种基于线程之上，但又比线程更加轻量级的存在，协程不是被 *** 作系统内核所管理，而完全是由程序所控制（也就是在用户态执行），具有对内核来说不可见的特 性。这样带来的好处就是性能得到了很大的提升，不会像线程切换那样消耗资源。

优点：

        线程的切换由 *** 作系统调度，协程由用户自己进行调度，因此减少了上下文切换，提 高了效率。         线程的默认stack大小是1M，而协程更轻量，接近1k。因此可以在相同的内存中开启 更多的协程。         不需要多线程的锁机制：因为只有一个线程，也不存在同时写变量冲突，在协程中控 制共享资源不加锁，只需要判断状态就好了，所以执行效率比多线程高很多。 注意： 协程适用于被阻塞的，且需要大量并发的场景（网络io）。不适合大量计算的场景。

总结一下：

        java是内核级线程，使用的是 *** 作系统直接给出来的，比较占用资源，而且本质上只有

new Thread一种线程使用方式，其他几种只是方便使用的扩展

Thread常用方法

sleep() 

       1 调用 sleep 会让当前线程从 Running 进入TIMED_WAITING状态，不会释放对象锁

       2 其它线程可以使用 interrupt 方法打断正在睡眠的线程，这时 sleep 方法会抛出                                      InterruptedException，并且会清除中断标志

       3 睡眠结束后的线程未必会立刻得到执行

       4 sleep当传入参数为0时，和yield相同

yield()

        1 yield会释放CPU资源，让当前线程从 Running 进入 Runnable状态，让优先级更高

        （至少是相同）的线程获得执行机会， 不会释放对象锁 ；                  2 假设当前进程只有main线程，当调用yield之后，main线程会继续运行，因为没有比               它优先级更高的线程；         3 具体的实现依赖于 *** 作系统的任务调度器         

        

join()

        等待调用join方法的线程结束之后，程序再继续执行，一般用于等待异步线程执行完结果之后才能继续运行的场景。

        例：在A线程里调B线程的join方法时，要先B线程执行完成，然后才会继续执行A

stop()

        终止线程，stop会释放对象锁，可能会造成数据不一致。

        一般不用stop

         interrupt()： 将线程的中断标志位设置为true，不会停止线程         isInterrupted(): 判断当前线程的中断标志位是否为true，不会清除中断标志位         Thread.interrupted()：判断当前线程的中断标志位是否为true，并清除中断标志位，重置为                fasle  用这三个方法结合判断结束线程会更好 线程之间通信

volatile 

        volatile有两大特性，一是可见性，二是有序性，禁止指令重排序，其中可见性就是可以让线          程之间进行通信。

等待唤醒(等待通知)机制

        等待唤醒机制基于wait和notify方法来实现，在一个线程内调用该线程锁对象的wait方法，

        线程将进入等待队列进行等待直到被唤醒。 LockSupport         LockSupport是JDK中用来实现线程阻塞和唤醒的工具，线程调用park则等待“许可”，调用 unpark则为指定线程提供“许可”。 使用它可以在任何场合使线程阻塞，可以指定任何线程进行唤醒，并且不用担心阻塞和唤醒 *** 作的顺序，但要注意连续多次唤醒的效果和一次唤醒是一样的。

管道输入输出流

        它主要用于线程之间的数据传输，而传输的媒介为内存。管道输入/输出流主要包括了如下4种具体实现： PipedOutputStream、PipedInputStream、PipedReader和PipedWriter，前两种面向字节，而后两种面向字符。