详解JUC并发编程中的进程与线程学习详解JUC并发编程中的进程与线

进程与线程

进程
线程
同步异步
串行并行执行时间
创建和运行线程
Thread 与 Runnable 的关系原理分析
查看进程
线程运行原理
线程上下文切换
start与run方法
sleep方法
sleep打断
join方法
interrupt 方法
守护进程
线程的状态
Java API 层面

总结

进程与线程
进程

程序由指令和数据组成，但这些指令要运行，数据要读写，就必须将指令加载至 CPU，数据加载至内存。在指令运行过程中还需要用到磁盘、网络等设备。进程就是用来加载指令、管理内存、管理 IO 的
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。
进程就可以视为程序的一个实例。大部分程序可以同时运行多个实例进程（例如记事本、画图、浏览器等），也有的程序只能启动一个实例进程（例如网易云音乐、360 安全卫士等）

线程
线程是主要负责运行指令，进程是主要管加载指令。
一个进程之内可以分为一到多个线程。
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
Java 中，线程作为最小调度单位，进程作为资源分配的最小单位。在 windows 中进程是不活动的，只是作为线程的容器

同步异步

需要等待结果返回，才能继续运行就是同步
不需要等待结果返回，就能继续运行就是异步

串行并行执行时间
使用多核cpu并行执行可以明显的提高执行效率

串行执行时间 = 各个线程时间累加和 + 汇总时间
并行执行时间 = 最慢的线程时间 + 汇总时间

注意：单核依然是并发的思想（即：cpu轮流去执行线程，微观上仍旧是串行），使用单核的多线程可能会比使用单核的单线程慢，这是因为多线程上下文切换反而浪费了时间。

创建和运行线程
1.使用 Thread

public static void main(String[] args) {// 创建线程对象Thread t = new Thread("线程1") {public void run() {// 要执行的任务log.debug("线程1被启动了"); }}; // 启动线程t.start(); log.debug("测试"); }

2.使用 Runnable 配合 Thread

public static void main(String[] args) {Runnable runnable = new Runnable() {public void run() {// 要执行的任务log.debug("线程1被启动了"); }}; // 创建线程对象Thread t = new Thread(runnable); t.setName("线程1"); // 启动线程t.start(); log.debug("测试"); }

这里的Runnable是一个接口，接口中只有一个抽象方法，由我们来提供实现，实现中包含线程的代码就可以了。

@FunctionalInterfacepublic interface Runnable {/*** When an object implementing interface Runnable is used* to create a thread, starting the thread causes the object's* run method to be called in that separately executing* thread.* * The general contract of the method run is that it may* take any action whatsoever.** @seejava.lang.Thread#run()*/public abstract void run(); }

Thread 与 Runnable 的关系原理分析
方法1原理分析
方法2是使用runnable对象，当成参数传给Thread构造方法，其中又调用了init方法，下面是Thread构造方法的源码

public Thread(Runnable target) {init(null, target, "Thread-" + nextThreadNum(), 0); }

继续跟踪查看runnable对象传到哪里去了，可以看到又传给了另一个重载的init，如下

private void init(ThreadGroup g, Runnable target, String name,long stackSize) {init(g, target, name, stackSize, null, true); }private void init(ThreadGroup g, Runnable target, String name,long stackSize) {init(g, target, name, stackSize, null, true); }

再次跟踪可以看到是把runnable对象传给了一个thread的一个成员变量

//省略部分代码this.target = target;

【详解JUC并发编程中的进程与线程学习】那么这个成员变量在哪里在使用了呢，经过查找可以发现是在run方法里面，只不过Thread发现有runnable对象就会先采用runnable的run方法。

@Overridepublic void run() {if (target != null) {target.run(); }}

方法2原理分析
通过创建一个子类去重写Thread类的run方法，这样就不会执行父类的run方法。

1.用 Runnable 更容易与线程池等高级 API 配合
2.用 Runnable 让任务类脱离了 Thread 继承体系，更灵活

方法3 FutureTask配合Thread创建线程

文章图片

Future接口中含有get方法来返回结果的

//省略部分代码V get() throws InterruptedException, ExecutionException; V get(long timeout, TimeUnit unit)throws InterruptedException, ExecutionException, TimeoutException;

而runnable本身是没有返回结果的，runnable不能将结果传给其他线程。

public interface Runnable {public abstract void run(); }

要注意到FutureTask也实现了Runnable接口，也可以传给Thread的有参构造里面。
创建线程的代码

public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {// 创建任务对象FutureTask task3 = new FutureTask<>(new Callable() {@Overridepublic Integer call() throws Exception {log.debug("线程1被执行了"); return 666; }}); // 参数1 是任务对象; 参数2 是线程名字，推荐new Thread(task3, "线程1").start(); // 主线程阻塞，同步等待 task 执行完毕的结果Integer result = task3.get(); log.debug("结果是:{}", result); }

查看进程

任务管理器可以查看进程和线程数，也可以用来杀死进程，也可以在控制台使用tasklist查看进程taskkill杀死进程
jconsole 远程监控配置来查看

线程运行原理
JVM 中由堆、栈、方法区所组成，其中栈就是给线程使用的。

文章图片

方法调用时，就会对该方法产生一个栈帧，方法的局部变量都会在栈帧中存储。栈是后进先出，当method2执行完就会回收，在执行完同时会记录返回地址，然后在method1中继续执行。
线程之间的栈帧是相互独立的，之间互不干扰。

线程上下文切换
当上下文切换时，要保存当前的状态，因为可能是时间片用完了，此时线程还没有结束。Java中对应的就是程序计数器

start与run方法
启动一个线程必须要用start方法，如果直接调用类里面的run方法实际走的是main主线程。
线程start前getState()得到的是NEW
线程start后getState()得到的是RUNNABLE

public static void main(String[] args) {Thread t1 = new Thread("t1") {@Overridepublic void run() {log.debug("t1被启动"); }}; System.out.println(t1.getState()); t1.start(); System.out.println(t1.getState()); }

sleep方法
在sleep期间调用getState()方法可以得到TIMED_WAITING

public static void main(String[] args) {Thread t1 = new Thread("线程1") {@Overridepublic void run() {try {Thread.sleep(3000); } catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace(); }}}; t1.start(); log.debug("线程1 state: {}", t1.getState()); try {Thread.sleep(500); } catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace(); }log.debug("线程1 state: {}", t1.getState()); }

sleep打断
sleep可以使用interrupt方法打断，打断后会触发InterruptedException异常

public static void main(String[] args) throws InterruptedException {Thread t1 = new Thread("t1") {@Overridepublic void run() {log.debug("进入睡眠"); try {Thread.sleep(2000); } catch (InterruptedException e) {log.debug("被唤醒"); e.printStackTrace(); }}}; t1.start(); Thread.sleep(1000); log.debug("打断"); t1.interrupt(); }

sleep防止cpu使用100%
在没有利用cpu来计算时，不要让while(true)空转浪费cpu，这时可以使用yield或 sleep 来让出cpu的使用权给其他程序
yield方法会把cpu的使用权让出去，然后调度执行其它线程。线程的调度最终还是依赖的操作系统的调度器。

join方法
该方法会等待线程的结束

static int r = 11; public static void main(String[] args) throws InterruptedException {test1(); }private static void test1() throws InterruptedException {log.debug("主线程开始"); Thread t1 = new Thread(() -> {sleep(1); r = 888; },"线程1"); t1.start(); //t1.join(); log.debug(String.valueOf(r)); log.debug("主线程线程结束"); }

join没有使用时，返回的是11，若是使用join返回的是888，是主线程在同步等待线程1。
当然还有其他的方法等待
1.sleep方法等待线程1结束
2.利用FutureTask的get方法
join（long n）方法可以传入参数，等待线程运行结束,最多等待 n 毫秒，假如执行时间大于等待的时间，就会不再等待。那么该线程会直接结束吗？答案是不会。
如下代码

public class Test10 {static int r = 11; public static void main(String[] args) throws InterruptedException {test1(); }private static void test1() throws InterruptedException {log.debug("主线程开始"); Thread t1 = new Thread(() -> {sleep(2); r = 888; log.debug("线程1结束"); },"线程1"); t1.start(); t1.join(1000); log.debug(String.valueOf(r)); log.debug("主线程线程结束"); }}

输出结果，可以看到这里只是主线程不再等待。

16:28:53.360 c.Test10 [main] - 主线程开始
16:28:54.411 c.Test10 [main] - 11
16:28:54.411 c.Test10 [main] - 主线程线程结束
16:28:55.404 c.Test10 [线程1] - 线程1结束

interrupt 方法
interrupt可以用来打断处于阻塞状态的线程。在打断后，会有一个打断标记（布尔值）会提示是否被打断过，被打断过标记为true否则为false.
但是sleep、wait和join可以来清空打断标记。
代码如下

public static void main(String[] args) throws InterruptedException {Thread t1 = new Thread(() -> {log.debug("sleep..."); try {Thread.sleep(4000); } catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace(); }},"t1"); t1.start(); Thread.sleep(1000); log.debug("interrupt"); t1.interrupt(); log.debug("打断标记:{}", t1.isInterrupted()); }

线程被打断后并不会结束运行，有人就会问了，那我们如何在打断线程后关闭线程呢？答案就是利用打断标记去实现。
可以在线程的死循环之中加入一个判断去实现。

boolean interrupted = Thread.currentThread().isInterrupted(); if(interrupted) {log.debug("退出循环"); break; }

守护进程
Java 进程通常需要所有线程都运行结束，才会结束。
但是存在一种守护进程，只要其他非守护进程结束，守护进程就会结束。垃圾回收器就使用的守护进程。

线程的状态
操作系统层面（早期进程的状态）

文章图片

初始状态在语言层面创建了线程对象，还未与操作系统线程关联
可运行状态（就绪状态）指该线程已经被创建（与操作系统线程关联），可以由 CPU 调度执行任务。
运行状态获取了 CPU 时间片运行中的状态
调用阻塞api使运行状态转为阻塞状态
终止状态表示线程已经执行完毕

Java API 层面

文章图片

1、新建状态（New）

Thread t1 = new Thread("t1") {@Overridepublic void run() {log.debug("running..."); }}; log.debug("t1 state {}", t1.getState());

2、就绪状态（Runnable）与运行状态（Running）

Thread t2 = new Thread("t2") {@Overridepublic void run() {while(true) { // runnable}}}; t2.start(); log.debug("t2 state {}", t2.getState());

3、阻塞状态（Blocked）
用一个线程拿到锁，使得当前线程没拿到锁会出现阻塞状态。

Thread t6 = new Thread("t6") {@Overridepublic void run() {synchronized (TestState.class) { // blockedtry {Thread.sleep(90000); } catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace(); }}}}; t6.start();

4、等待状态（Waiting）
等待一个未执行完成的线程