【多線程】基礎理論知識

上一個系列是SpringCloud入門系列，之後確定會寫一期進階系列，可是目前更新的是多線程系列。

多線程的重要性不用多說，高併發在如今的生活無處不在。618，雙11，12306，支持的併發量那都不知道是多大，說再多遍也不嫌多，是很是很是很是傾佩這些團隊的。

本篇文章重點是帶你們瞭解下進程和線程方面的基礎理論知識，涉及到的概念都是簡單可是又很實用的，一些可能沒涉及到的概念也會在後面的文章中寫出來。

進程

進程的簡單概念

在進程模型中，計算機全部可運行的軟件，一般也包括操做系統，被組織成若干順序進程，簡稱進程（process），一個進程就是一個正在執行程序的示例。

大白話來講，一個進程就至關於咱們啓動的項目，或者說打開任務管理器的時候看到的這些應用都是進程。一個進程主要包括程序計數器、寄存器和變量的當前值。

這裏還須要講下的一個概念就是守護進程 。

停留在後臺處理的進程稱之爲守護進程。

進程的狀態

進程的狀態有三個狀態，就緒、運行、阻塞。就緒就是能運行，可是還沒運行，CPU被其它進程佔用了；運行就是該時刻進程已經實際佔用CPU在運行了；阻塞基本上等於暫停了，除非有外界因素干擾，否則該進程就不能運行了。

拿作核酸來說，醫護人員就是CPU，正在作核酸的人就是運行態，在後面排隊的就是就緒態，沒有人逼他本身不想作根本沒有來排隊就是阻塞態。

值得注意的是，這三種狀態是能夠互相轉換的

• 運行 》》 阻塞： 當系統發現進程沒法再運行下去的時候，或者認爲終止進程後就會發生該轉換。
• 運行 《 》 就緒： 這兩個轉換大多數時候是一體的，主要是由系統進程調度程序決定的，進程對於調度的變化基本上是感知不到的。當系統認爲這個進程已經長時間佔用CPU了，那麼會根據必定的算法 從新分配CPU的時間片，此時就會伴隨着狀態的轉變。
• 阻塞 》》就緒： 當進程等待的一個外部事件發生時就會發生次轉換，通俗就是，好比大規模核酸檢測，社區上門提醒，就會去排隊。

進程間的通訊方式

進程間的通訊方式有8種，可是忘記在哪本書上看到的這8種的概念，網上雖然有解釋，可是不太權威，就沒寫出來，各位小夥伴暫時就先了解下是哪8種便可。

無名管道，有名管道，高級管道，消息隊列，信號量，信號，共享內存和套接字。

線程

線程基本概念

對於線程，查了好久也沒有一個明確的概念，甚至再《現代操做系統中》也是模糊的概念，迷你進程（稱爲線程）。

用Java程序通俗的來講呢，就是一個程序就是一個進程，而後main方法就是該進程的主線程，而後在以後咱們會建立多個線程。

咱們知道，每一個進程都有一個地址空間和一個控制線程，這裏的主線程是否是控制線程有待考量。

線程的狀態

相較於進程而言，線程的狀態有五種。

• New： new是指新建了一個線程，可是還未啓動。對應到代碼就是隻是new了一個Thread後，該線程就處於新建狀態，此時僅由JVM爲其分配內存，並初始化其成員變量的值
• Runnable： 當線程調用了start（）方法後，該線程就處於就緒狀態，在等待cpu時間片。在虛擬機的表現就是Java虛擬機會爲其建立方法調用棧和程序計數器，等待調度運行
• Running： 顧名思義就是程序處於運行狀態，對應到代碼就是處於就緒狀態的線程得到了CPU，開始執行run（）方法的線程執行體，則該線程處於運行狀態。
• Blocked： 就是咱們常常聽到的阻塞狀態，是指線程由於某種緣由放棄了cpu使用權，即讓出了cpu timeslice（時間片），暫時中止運行。這種狀態會一直維持到線程進入可運行（runnable）狀態，纔有機會再次獲取到cpu時間片，從而再次轉到運行（running）狀態
• Dead： 線程結束後的狀態就是死亡狀態

對於阻塞狀態而言，分爲3種：

• 等待阻塞： 運行中的線程中的線程調用了object.wait（）方法，JVM會把該線程放入等待隊列中，使得本線程進入阻塞狀態。
• 同步阻塞： 運行中線程在獲取對象的同步鎖時，若該同步鎖被別的線程佔用，大白話就是說拿不到鎖，JVM會把該線程放入鎖池（lock pool）中。
• 其它阻塞： 運行中的線程執行Thread.sleep(long ms)後者t.join()方法，亦或是發出了I/O請求時，JVM會把線程置爲阻塞狀態。當sleep()狀態超時、join（）等待線程終止或者超時、或者I/O處理完畢時，線程從新轉入可運行(runnable)狀態。

對於線程的Dead狀態而言，方式有如下三種：

• 正常結束，就是run（）或者call（）方法執行完成
• 異常結束，線程在運行的過程當中拋出一個未捕獲的Exception或Error
• 調用stop（）方法，直接調用該線程的stop（）方法來結束線程，可是這種方法容易致使死鎖，因此通常不建議使用

線程間的通訊方式

線程間的通訊方式主要是由3種方式，共享內存、消息傳遞和管道流。

• 共享內存：java裏面通常是使用volatile共享內存
• 消息傳遞：java裏面會使用的方式如wait/notify , join 等方法。
• 管道流：管道輸入/輸出流的形式

其它

進程和線程的區別

多進程就是操做系統中同時運行的多個程序，多線程在同一個進程中同時運行的多個任務。

根本區別：進程是操做系統資源分配的基本單位，而線程是處理器任務調度和執行的基本單位

資源開銷：每一個進程都有獨立的代碼和數據空間（程序上下文），程序之間的切換會有較大的開銷；線程能夠看作輕量級的進程，同一類線程共享代碼和數據空間，每一個線程都有本身獨立的運行棧和程序計數器（PC），線程之間切換的開銷小。

包含關係：若是一個進程內有多個線程，則執行過程不是一條線的，而是多條線（線程）共同完成的；線程是進程的一部分，因此線程也被稱爲輕權進程或者輕量級進程。

內存分配：同一進程的線程共享本進程的地址空間和資源，而進程之間的地址空間和資源是相互獨立的

影響關係：一個進程崩潰後，在保護模式下不會對其餘進程產生影響，可是一個線程崩潰整個進程都死掉。因此多進程要比多線程健壯。

執行過程：每一個獨立的進程有程序運行的入口、順序執行序列和程序出口。可是線程不能獨立執行，必須依存在應用程序中，由應用程序提供多個線程執行控制，二者都可併發執行

線程不安全

在《Java併發編程實戰》中有這麼一句話

當多個線程訪問一個類時，若是不用考慮這些線程在運行時環境下的調度和交替進行，而且不須要額外的同步及調用方代碼沒必要做其它的協調，這個類的行爲仍然是正確的，那麼成這個類是線程安全的。

通俗一點來講，要想代碼線程安全，其實就是保證狀態的訪問時不出錯的，對象的狀態通常狀況下指的是數據。可是數據大多數狀況都是共享，可變的。

顧名思義，共享指的是線程之間是能夠訪問到這個變量，可變是是指數據的值是能夠被更改的，不是寫死的。

資源

什麼是資源，在《現代操做系統》中的定義是

咱們把這裏須要排他性使用的對象稱爲資源。資源能夠是硬件設備（如藍光驅動器）或者是一組信息（如數據庫中一個加鎖的記錄）......簡單來講， 資源就是隨着時間的推移，必須能得到、使用以及釋放的任何東西。

對於這個資源，在java程序裏面是鎖呢，仍是指的共享變量呢，我我的以爲更像是鎖，不知道各位小夥伴怎麼看。

並行和併發

併發是指同一個時間段內多個線程在執行任務，通常是交替執行；並行是指同一個時刻下多個線程同時工做。

在操做系統的層次來看，若是多個線程能同時被多個CPU執行，這樣就是並行。併發是多個線程被一個CPU按照某一算法切換執行。

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