「JAVA」線程基礎知識不牢固？別愁，我不只梳理好了，還附帶了案例
程序在沒有流程控制的前提下，代碼都是從上而下逐行依次執行的。基於這樣的機制，若是咱們使用程序來實現邊打遊戲，邊聽音樂的需求時，就會很困難；由於按照執行順序，只能從上往下依次執行；同一時刻，只能執行聽音樂和打遊戲的其中之一。爲了解決這樣的問題，在程序設計中引入了多線程併發。本文中的知識對windows、mac、linux系統都適用，但展現界面和功能名稱上不太同樣；相關的截圖這裏以windows爲例。java
並行和併發
並行和併發是兩個很容易混淆的概念，他們在字面上理解起來可能沒有很大的差別，但要放在計算機運行環境中來解釋，二者是有很大區別的：linux
- 並行：多個事件在同一個時間點同時發生，是真正的同時發生；
- 併發：多個事件在同一時間段內在宏觀上同時發生，而在微觀上是
CPU在多個事件上來回切換，但切換的時間很快，並不能被人眼捕獲，所以在一段人類能夠觀察到的時間內，多個事件是同時發生的；
操做系統的運行環境中，併發指的就是一段時間內宏觀上多個程序在同時運行；在單CPU的環境中，微觀上每個時刻僅有一個程序被CPU執行（也就是僅有一個程序得到了CPU時間片），CPU是在多個程序之間來回交替執行，也就是給每一個程序的運行時間進行調度，從而實現多個程序的併發運行。隨着計算機硬件的不斷髮展，現現在的計算機通常都是有多個CPU的，在這樣的多個CPU的環境中，本來由單個處理器運行的這些程序就能夠被分配給多個CPU來運行，從而實現真程序的並行運行，不管從宏觀上，仍是微觀上，程序都是同時運行的。這樣，程序的運行效率就會大大提升。程序員
PS：CPU時間片就是CPU分配給每一個程序的運行時間。windows
在買電腦的時候，電腦廠商宣傳的「幾核處理器」，其中「核」表示的是CPU有幾個物理核心，可以並行處理幾個程序的調用。想要知道本身電腦是幾核的，能夠打開「任務管理器」來查看。安全
也能夠經過計算機屬性、設備管理器來查看。服務器
因此，單核處理器是不能並行運行多個任務的，只能是多個任務在單核處理器中併發運行，咱們把每一個任務用一個線程來表示，多個線程在單個處理器中的併發運行咱們稱之爲線程調度。從宏觀上講，多個線程是並行運行的；從微觀上講，多個線程是串行運行的，也就是一個線程一個線程的運行；若是對這裏的宏觀和微觀不太好理解的話，能夠把宏觀看做是站在人的角度看待程序運行，把微觀看做是站在CPU的角度看待程序運行，這樣就好理解多了。多線程
線程和進程
進程：進程是指一個在內存中運行的應用程序，每一個進程在內存中都有一塊獨立的內存空間。每一個軟件均可以啓動多個進程。併發
線程：線程指的是進程中的一個控制單元，也就是進程中的每一個單元任務，一個進程中能夠有多個線程同時併發運行。ide
多進程指的是操做系統中同時運行的多個程序，多線程指的是同一個進程中同時運行的多個任務。操做系統中運行的每一個任務就是一個進程，進程中的每一個任務就是一個線程；操做系統就是一個多任務系統，它能夠有多個進程，每一個進程又能夠有多個線程。函數
線程和進程的區別：
- 每一個進程都有獨立的內存空間，也就是進程中的數據存儲空間（堆、棧空間）是獨立的，且每一個進程都至少有一個線程；
- 對於線程來講：堆內存空間是共享的，棧內存空間是獨立的；線程消耗的資源比進程要小得多，且線程之間是能夠相互通訊的；
- 線程是進程的基本組成單元，故也把線程稱做進程元，或者輕型進程；
- 線程的執行是經過
CPU調度器來決定的，程序員沒法控制；
線程調度：
計算機單個CPU在任意時刻只能執行一條計算機指令，每一個進程只有得到CPU使用權才能執行相關指令；多線程併發，其實就是運行中各個進程輪流獲取CPU的使用權來分別執行各自的任務；在多進程的環境中，會有多個線程處於等待獲取CPU使用權的狀態中，爲這些等待中的線程分配CPU使用權的操做就成爲線程調度。線程調度分爲搶佔式調度和分時調度。
- 搶佔式調度：多個線程在瞬間搶佔
CPU資源，誰搶到誰就運行，有更多的隨機性； - 分時調度：爲等待中的多個線程平均的分配
CPU時間片；
Java的多線程中線程調度就是使用搶佔式調度的。
多線程
多線程和單線程，就比如多行道和單行道，多行道能夠有多輛車同時行駛經過，而單行道只能是多輛車按順序依次行駛經過；多線程同時有多個線程併發運行，單線程只有單個線程對多個任務按順序依次執行。
若是以下載文件爲例：單線程就是隻有一個文件下載的通道，多線程則是同時有多個下載通道在下載文件。當服務器提供下載服務時，下載程序是共享服務器帶寬的，在優先級相同的狀況下，服務器會對下載中的全部線程平均分配帶寬：
寬帶帶寬是以位（bit）來計算的，而下載速度是以字節（byte）計算的，1 byte = 8 bit，故1024KB/s表明的是上網寬帶爲1M（1024千位），而下載速度須要用1024KB/s除去8，得出128KB/s。
多線程是爲了同步完成多項任務，是爲了提升系統總體的效率，而不能提升程序代碼自身的運行效率。
多線程的優點：多線程做爲一種多任務、高併發的運行機制，有其獨到的優點所在：
- 進程之間不能共享內存空間，可是線程之間是能夠的（經過堆內存）；
- 建立進程時，操做系統須要爲其從新分配系統資源；而建立線程耗費的資源會小不少，在實現多任務併發時，相比較於多進程，多線程的效率會高不少；
-
Java語言內置了對多線程的支持，而不只僅是簡單的調用底層操做系統的調度；Java對多線程的支持也很友好，能大大簡化開發成本；
建立進程
在Java 中建立進程可經過兩種方式來實現：
1.經過java.lang.Runtime來實現，示例代碼以下：
public static void main(String []args) throws IOException {
// 方式一：經過經過java.lang.Runtime來實現打開 cmd
Runtime runtime = Runtime.getRuntime();
runtime.exec("cmd");
}
- 經過java.lang.ProcessBuilder 來實現，示例代碼以下：
public static void main(String []args) throws IOException {
// 方式二：經過經過java.lang.ProcessBuilder來實現打開 cmd
ProcessBuilder pb = new ProcessBuilder("cmd");
pb.start();
}
建立線程
1、經過繼承Thread類建立線程；須要注意的是：只有Thread的子類纔是線程類；
- 新建立一個類繼承於java.lang.Thread；
- 在新建的
Thread子類中重寫Thread類中的run方法，在run方法中編寫線程邏輯； - 建立線程對象，執行線程邏輯；
public class ExtendsThreadDemo {
public static void main(String []args) {
for (int i = 0; i < 50; i++) {
System.out.println("主線程" + i);
if (i == 13) {
NewThread newThread = new NewThread();
newThread.start();
}
}
}
}
// 新線程類
class NewThread extends Thread {
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 50; i++) {
System.out.println("新線程" + i);
}
}
}
2、經過實現Runnable接口建立線程；須要注意，這裏的Runnable實現類並非線程類，因此啓動方式和Thread子類會有所不一樣；
- 新建立一個類實現java.lang.Runnable；
- 在新建的實現類中重寫Runnable類中的
run方法，在run方法中編寫線程邏輯； - 建立
Thread對象，傳入Runnable實現類對象，執行線程邏輯；
示例代碼以下：
public class ImplementsRunnableDemo {
public static void main(String []args) {
for (int i = 0; i < 50; i++) {
System.out.println("主線程" + i);
if (i == 13) {
Runnable runnable = new NewRunnableImpl();
Thread thread = new Thread(runnable);
thread.start();
}
}
}
}
// 新線程類
class NewRunnableImpl implements Runnable {
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 50; i++) {
System.out.println("新線程" + i);
}
}
}
3、使用匿名內部類建立線程
使用接口的匿名內部類來建立線程，示例代碼以下：
// 使用接口的匿名內部類
public class AnonymousInnerClassDemo {
public static void main(String []args) {
for (int i = 0; i < 50; i++) {
System.out.println("主線程" + i);
if (i == 13) {
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
for (int j = 0; j < 50; j++) {
System.out.println("新線程" + j);
}
}
}).start();
}
}
}
}
固然了，也能夠使用Thread類的匿名內部類建立線程，不過這樣的方式不多使用；示例代碼以下：
// 使用Thread類的匿名內部類
public class AnonymousInnerClassDemo {
public static void main(String []args) {
for (int i = 0; i < 50; i++) {
System.out.println("主線程" + i);
if (i == 13) {
new Thread() {
@Override
public void run() {
for (int j = 0; j < 50; j++) {
System.out.println("新線程" + j);
}
}
}.start();
}
}
}
}
多線程案例
案例需求：六一兒童節，設置了搶氣球比賽節目，共有50個氣球，三個小朋友小紅、小強、小明來搶；請使用多線程技術來實現上述比勝過程。
1、使用繼承Thread類的方式來實現上述案例；示例代碼以下：
public class ExtendsDemo {
public static void main(String []args) {
new Student("小紅").start();
new Student("小強").start();
new Student("小明").start();
}
}
class Student extends Thread {
private int num = 50;
private String name;
public Student(String name) {
super(name);
this.name = name;
}
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 50; i++) {
if (num > 0) {
System.out.println(this.name + "搶到了" + num + "號氣球");
num--;
}
}
}
}
經過查看輸出結果，發現一個問題：每一個小朋友都搶到了50個氣球，這和本來只有50個氣球相矛盾了；不過別急，咱們可使用第二種方式：使用實現接口的方式來實現上述案例 來解決。
2、使用實現接口的方式來實現上述案例；示例代碼以下：
public class ImplementsDemo {
public static void main(String []args) {
Balloon balloon = new Balloon();
new Thread(balloon, "小紅").start();
new Thread(balloon, "小強").start();
new Thread(balloon, "小明").start();
}
}
// 氣球
class Balloon implements Runnable {
private int num = 50;
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 50; i++) {
if (num > 0) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "搶到了"
+ num + "號氣球");
num--;
}
}
}
}
在該案例中咱們是用了Thread.currentThread()方法，該方法的做用是返回當前正在執行的線程對象的引用，因此當前正在執行的線程對象的名稱就能夠這樣來獲取：String name = Thread.currentThread().getName();。
經過查看該案例的打印結果，不難發現：三個小朋友一共搶到了50個氣球，符合了需求中規氣球總共有50個的要求。咱們再來分析主函數中的代碼，發現是由於3個線程共享了一個Balloon對象，該對象中的氣球數量就在50個。
按照這樣的思路，上述使用繼承Thread類的方式中出現的問題就能夠解決了。接下來就對上述兩種實現多線程的方式進行分析和總結：
使用繼承Thread類的方式：
- 使用繼承方式來實現多線程在操做上會更加簡便；好比：能夠經過
super.getName()來直接獲取當前線程對象的名稱； - 因爲
Java是單繼承的，因此若是繼承了Thread，該類就不能再有其餘的父類了； - 對於搶氣球案例需求來講，並不能很好的解決問題；
使用實現接口的方式：
- 相較於繼承方式，實現方式和線程操做會稍加複雜；好比：獲取當前線程名稱須要經過
Thread.currentThread().getName();來獲取； - 因爲是使用實現的方式，
Java是支持多實現的，因此除了Runnable接口以外，還能夠實現其餘的接口，繼承另外的類； - 可以很好的實現案例需求：多個線程共享一個資源；
在下一篇文章中，我會繼續使用上述的案例來分析線程不安全以及相關的解決方法，敬請期待。
完結。老夫雖不正經，但老夫一身的才華
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每一个你不满意的现在，都有一个你没有努力的曾经。
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