[短文速讀 -5] 多線程編程引子：進程、線程、線程安全

前言

最近在總結《Java多線程編程核心技術》這本書。實話實說：多線程編程核心技術，這些字眼屬實有些誇大。

可是也不能由於此，就直接否定了書籍自己的價值。這是一篇比較適合入門閱讀的書籍。和我最近在嘗試寫的文章有類似之處，也就是盡力讓知識點，少思考性而多閱讀性。

所以接下來會將這本書的內容，揉到個人接下來的文章中，旨在：真正能在碎片化時代下，進行有效學習。

愛因斯坦：「若是你不能簡單地解釋同樣東西，說明你沒真正理解它。」

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正文

毫無疑問，一切的開始。確定是先介紹介紹概念性的東西。主題是線程，可是談到線程，勢必不能忘了進程。所以讓咱們先來聊一聊線程和進程的概念。

接下來讓咱們有請文章一向的主角：小A和MDove出場~

進程和線程

小A：MDove，我最近在思考一個問題，多線程多線程。那到底什麼是多線程呢？

MDove：想要理解多線程，其實就要不得不提一提：進程，以及進程和線程之間的關係。

一個比較通俗且常見的解釋：進程：操做系統分配資源的基本單位；線程：操做系統調度最小單位。

稍稍學院派的解釋：

來自《如今操做系統（第4版）》 + 維基百科 + 百度百科

進程:

• 進程的本質是正在執行的一個程序,進程基本上上容納運行一個程序所須要的全部信息的容器。
• 在當代多數操做系統中，進程自己不是基本運行單位，而是線程的容器。程序自己只是指令、數據及其組織形式的描述，進程纔是程序的真正運行實例。
• 早期面向進程設計的計算機結構中，進程是系統進行資源分配和調度的基本單位。

小A：哦？既然進程是程序的實體，那麼只要進程不就好了？

MDove：這固然是沒有問題啦。可是，一個致命的問題，你們都追求快，更快，很是快！

小A：不不不不不，我就追求慢，堅挺~

MDove：堅挺是吧，你這麼秀，你怎麼不去Tokyo Hot？擱這給我扯犢子。學不學了？不學你去找加藤鷹去。

小A：學學學，個人理解：是否是線程比進程佔用資源更少？

MDove：其實關於消耗資源這個問題很難回答。好比Linux、Windows對進程和線程的設計就是不一樣的。若是從Linux的角度出發，進程和線程不管是建立仍是上下文切換其實不在極端狀況下，所謂的性能仍是資源，差距並非很大。差距比較大的一點是：進程是內存獨立，而線程內存共享。

MDove：固然，兩者均可以悄摸得去作一些事情，但不一樣點在於：進程間通信，遠比線程間通信複雜的。所以在上層高級語言的設計上，線程便成了不錯的用於後臺完成耗時操做的一個工具。可是不能否認的一點，多進程一樣扮演者舉足輕重的角色！打個比方，單進程的程序，若是殺死這個進程那麼這個進程所依附的全部線程所有死亡。而多進程則不怕，畢竟彼此是獨立運行的進程，所以多進程在拉活方面有着不俗的戰鬥力。

小A：哦~原來如此，那能夠聊一聊線程麼？

MDove：好的，接下來讓咱們看一看線程。

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線程：

• 是操做系統可以進行運算調度的最小單位。它被包含在進程之中，是進程中的實際運做單位。一條線程指的是進程中一個單一順序的控制流，一個進程中能夠併發多個線程，每條線程並行執行不一樣的任務。
• 線程能夠爲操做系統內核調度的內核線程；由用戶進程自行調度的用戶線程。

MDove：舉個小例子：打開咱們計算機上的任務管理器時，進程Tab頁上，咱們看到的就是進程；而獨立進程程序的子任務就是線程（不絕對，也能夠存在多進程的程序）。好比：QQ運行時（進程），就有不少子任務（線程）在同時運行：你即能一遍和基友視頻，一遍還能和其餘基友文字聊天這就體現了多線程，其中每一項子任務均可以理解爲線程。

MDove：對於咱們開發者來講線程是一個很常見的概念。對於Java後臺來講，可以熟練的掌握對多線程的使用。能夠說是掌握核心科技同樣。

小A：？？？聽你這麼說，多線程沒什麼難的呀？

多線程的弊端

MDove：初生牛犢不怕虎，但你要明白，虎終究是虎。多線程的一大難點在於線程安全問題。由於內存共享的緣由，致使了線程刷新內存的滯後性。

小A：？？？什麼意思？？？

MDove：打個比方，在Java線程模型中：每一個線程運行時，都會把主內存中的變量值複製到本身的工做內存當中，當本身執行完畢後，在把計算完畢的工做內存中的變量，反過來賦值給主內存。

小A：嗯？這好像沒什麼問題啊？

MDove：沒問題？問題大了去了！我們舉一個花錢的例子：如今我們帳本上有十個億。你是一個線程，我是一個線程。

• 我先執行了，我拿了一個億，去建設了一下社會主義核心價值觀，而後我在個人帳本里記了一下帳：我拿了1個億，手頭還有9個億。

此時我們的帳本還剩9個億。

• 接下來，你也出動了，你拿了9個億中的一個億，你也在你的帳本里記了一下帳：我拿了1個億，還有8個億。而後你去吸菸喝酒燙頭了。

此時我們的帳本還剩8個億。

• 這個時候我幹完了個人事，我花了5千萬，還剩5千萬。而後對於我來講個人帳本變成了，還有9億5千萬。此時我把個人帳本寫到了我們們公共帳本里...

小A：等會等會？你想啥呢？錢越花越多了！我都拿走1個億了，你那咋還9個億呢？你就不會同步一個個人帳本麼？

MDove：沒錯呀，我就不會同步一個你的帳本呀！這就是多線程的問題因此。由於每一個線程是獨立運行的，誰都無論誰，所以，如何同步線程之間的數據便成了相當重要的一點！

小A：這麼一說我就明白了，那怎麼同步呢？

保證線程安全

可見性，原子性

MDove：其實剛纔的問題就出如今帳本的不一樣步上，所以若是咱們可以解決帳本的同步問題，理論上就能夠解決我們的線程安全問題。固然你能夠用一些手段通知我，讓我更新個人帳本（可見性）。可是仍存在問題，若是咱們寫帳本的操做是個多步驟的複雜操做，可能就會存在問題了，由於這個裏每一步通存在同步問題，只有當咱們的寫帳本操做是一個單一操做（原子性）那麼這種作法就是沒有問題的。

小A：侷限還挺多，那有沒有其餘方式呢？

加鎖

MDove：接下來講一個加鎖的方式。舉個我們上廁所的例子。咱們不少人都要上廁所，若是咱們的廁所沒有任何措施，那麼畫面簡直沒法想象。所以，我們...那啥...大號...的時候，都會把門鎖上。其餘人一看門鎖上了，也就只好默默的憋一會。

MDove：當咱們解決後，打開門，其餘人就能夠盡情釋放了。

那麼這個過程就至關於：一個線程在操做一個變量時，直接把這個變量鎖起來。其餘線程只能等着，所以確定就不會存在多個線程同時操做變量的問題了。

線程優先級

小A：那麼接下來就是隊伍中第一我的去...那啥麼？

MDove：固然不是，線程的世界可沒有什麼先來後到。而是按線程的優先級去排列。那麼若是沒有優先級，那就看誰的拳頭更硬誰的運氣更好了。

小A：好殘暴，那有沒有順利排列的可能性呢？那咱們可不能夠本身固定一個順序去開啓線程的執行呢？

線程執行順序

MDove：咱們固然能夠指定一種策略去順序的start咱們的線程，可是咱們只能保證線程start的順序，沒辦法保證線程調度的順序。由於對於線程來講，何時可以得到操做系統的寵幸那是不肯定的。所以線程會有多種狀態：

• 新建（NEW），表示線程被建立出來還沒真正啓動的狀態。

• 就緒（RUNNABLE），表示該線程已經在 JVM 中執行，固然因爲執行須要計算資源，它多是正在運行，也可能還在等待系統分配給它 CPU 片斷，在就緒隊列裏面排隊。

• 阻塞（BLOCKED），阻塞表示線程在等待鎖釋放。好比，線程試圖去獲取某個鎖，可是其餘線程已經獨佔了，那麼當前線程就會處於阻塞狀態。

• 等待（WAITING），表示正在等待其餘線程採起某些操做。。

• 終止（TERMINATED），不論是意外退出仍是正常執行結束，線程已經完成使命，終止運行。

固然也能夠加上一個：運行(RUNNING)：可運行狀態(RUNNABLE)的線程得到了CPU時間片，開始執行代碼。

分段鎖

MDove：我們再回到那個廁所的例子。咱們平常中...廁所確定不止一個坑位，通常會有好幾個。畢竟都是解決一樣的問題，沒有隻設置一個坑位的道理。

MDove：因此對於咱們程序來講也是如此，在面對類型的場景也會有相似的實現，這個方式就叫作分段鎖。好比：ConcurrentHashMap，JDK1.8版本以前的設計。

MDove：固然關於鎖這個話題，其實水是很深的。咱們嘚吧嘚說了這麼多，其實就是在解決多線程安全問題。所以明白了吧，多線程是一個值得深刻學習的內容。

小A：學的我熱血沸騰的，接下來教教我，Java中對線程的使用吧！

MDove：別急，聊了這麼久廁所的話題，容我上個廁所，我們下期再來聊一聊線程的使用。

劇終

我是一個應屆生，最近和朋友們維護了一個公衆號，內容是咱們在從應屆生過渡到開發這一路所踩過的坑，以及咱們一步步學習的記錄，若是感興趣的朋友能夠關注一下，一同加油~