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线程

2019-10-25

第一章 多线程

我们在之前,学习的程序在没有跳转语句的前提下,都是由上至下依次执行,那现在想要设计一个程序,边打游戏边听歌,怎么设计?

要解决上述问题,咱们得使用多进程或者多线程来解决.

1.1 并发与并行

  • 并发:指两个或多个事件在同一个时间段内发生。交替执行,就相当于一个人吃俩馒头,这个吃一口,那个吃一口,效率低。
  • 并行:指两个或多个事件在同一时刻发生。同时执行,两个人吃两个馒头,效率低。

在操作系统中,安装了多个程序,并发指的是在一段时间内宏观上有多个程序同时运行,这在单 CPU 系统中,每一时刻只能有一道程序执行,即微观上这些程序是分时的交替运行,只不过是给人的感觉是同时运行,那是因为分时交替运行的时间是非常短的。

而在多个 CPU 系统中,则这些可以并发执行的程序便可以分配到多个处理器上(CPU),实现多任务并行执行,即利用每个处理器来处理一个可以并发执行的程序,这样多个程序便可以同时执行。目前电脑市场上说的多核 CPU,便是多核处理器,核 越多,并行处理的程序越多,能大大的提高电脑运行的效率。

注意:单核处理器的计算机肯定是不能并行的处理多个任务的,只能是多个任务在单个CPU上并发运行。同理,线程也是一样的,从宏观角度上理解线程是并行运行的,但是从微观角度上分析却是串行运行的,即一个线程一个线程的去运行,当系统只有一个CPU时,线程会以某种顺序执行多个线程,我们把这种情况称之为线程调度。

1.2 线程与进程

介绍进程与线程之前,先来介绍一下cpu。

cpu:中央处理器,对数据进行计算,指挥电脑中的软件和硬件干活

cpu分类:

  • AMD
  • Intel:见博客intel命名规则

进程与线程:

  • 进程:是指一个内存中运行的应用程序,每个进程都有一个独立的内存空间,一个应用程序可以同时运行多个进程;进程也是程序的一次执行过程,是系统运行程序的基本单位;系统运行一个程序即是一个进程从创建、运行到消亡的过程。

  • 线程:线程是进程中的一个执行单元,负责当前进程中程序的执行,一个进程中至少有一个线程。一个进程中是可以有多个线程的,这个应用程序也可以称之为多线程程序。

    简而言之:一个程序运行后至少有一个进程,一个进程中可以包含多个线程

我们可以再电脑底部任务栏,右键—–>打开任务管理器,可以查看当前任务的进程:

进程

线程

线程调度:

  • 分时调度

    所有线程轮流使用 CPU 的使用权,平均分配每个线程占用 CPU 的时间。

  • 抢占式调度

    优先让优先级高的线程使用 CPU,如果线程的优先级相同,那么会随机选择一个(线程随机性),Java使用的为抢占式调度。

    • 设置线程的优先级

    • 抢占式调度详解

      大部分操作系统都支持多进程并发运行,现在的操作系统几乎都支持同时运行多个程序。比如:现在我们上课一边使用编辑器,一边使用录屏软件,同时还开着画图板,dos窗口等软件。此时,这些程序是在同时运行,”感觉这些软件好像在同一时刻运行着“。

      实际上,CPU(中央处理器)使用抢占式调度模式在多个线程间进行着高速的切换。对于CPU的一个核而言,某个时刻,只能执行一个线程,而 CPU的在多个线程间切换速度相对我们的感觉要快,看上去就是在同一时刻运行。
      其实,多线程程序并不能提高程序的运行速度,但能够提高程序运行效率,让CPU的使用率更高。

1.3 利用Thread类的子类创建线程

Java使用java.lang.Thread类代表线程,所有的线程对象都必须是Thread类或其子类的实例。每个线程的作用是完成一定的任务,实际上就是执行一段程序流即一段顺序执行的代码。Java使用线程执行体来代表这段程序流。Java中通过继承Thread类来创建启动多线程的步骤如下:

  1. 定义Thread类的子类,并重写该类的run()方法,该run()方法的方法体就代表了线程需要完成的任务,因此把run()方法称为线程执行体。
  2. 创建Thread子类的实例,即创建了线程对象
  3. 调用线程对象的start()方法来启动该线程

多线程原理-随机打印结果

程序启动运行main时候,java虚拟机启动一个进程,主线程main在main()调用时候被创建。随着调用mt的对象的start方法,另外一个新的线程也就启动了,这样,整个线程就在多线程下运行。

通过这张图我们可以很清晰的看到多线程的执行流程,那么为什么可以完成并发执行(多核下可以并行执行,单核只能并发执行)呢?

多线程执行是,在栈内存中,其实每一个执行线程都有一片自己所属的栈内存空间。进行方法的压栈和弹栈。

多线程原理-内存图解

当执行线程的任务结束了,线程自动在栈内存中释放了。但是当所有的执行线程都结束了,那么线程也就结束了。

代码如下:

测试类:

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public class Demo01 {
public static void main(String[] args) {
//创建自定义线程对象
MyThread mt = new MyThread("新的线程!");
//开启新线程
mt.start();
//在主方法中执行for循环
for (int i = 0; i < 10; i++) {
System.out.println("main线程!"+i);
}
}
}

自定义线程类:

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public class MyThread extends Thread {
//定义指定线程名称的构造方法
public MyThread(String name) {
//调用父类的String参数的构造方法,指定线程的名称
super(name);
}
/**
* 重写run方法,完成该线程执行的逻辑
*/
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 10; i++) {
System.out.println(getName()+":正在执行!"+i);
}
}
}

1.4 利用Runnable接口对象创建线程

1.5 Thread和Runnable的区别

1.6 匿名内部类方式实现线程的创建

第二章 线程安全

2.1 线程安全

2.2 线程同步

2.3 同步代码块

2.4 同步方法

2.5 Lock锁

第三章 线程状态

3.1 线程状态概述

3.2 Timed Waiting(计时等待)

3.3 BLOCKED(锁阻塞)

3.4 Waiting(无限等待)

3.5 补充知识点

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