java多線程（一）－概述

最近這段在看java多線程編程方面的東西。因此特寫了幾篇文章，來總結和回顧一下本身所學習到的相關知識。由於水平有限，文章中總結不全面甚至理解錯誤的地方，歡迎讀者指點批評。

咱們平時所接觸到的程序，都是順序編程。
順序編程的意思是，程序中的全部事物在任意時刻都只能執行一個步驟（包括那些代碼當中的順序結構，選擇結構，循環結構），
順序編程知足了咱們可以碰到的大部分問題，可是有些問題，僅僅依靠順序編程是不夠的，舉個例子，一個帶界面的音樂播放程序，在播放歌曲的同時也能及時的響應用戶在界面上進行的的按鍵操做（好比點擊 下一曲 按鈕）。那麼此時順序編程就不合適了，由於這是須要兩件同時執行的事情，若是採用順序編程，爲了及時響應按鍵操做，咱們須要在代碼的不少地方都要加上檢測按鍵狀態的代碼。而這種場景下就須要併發編程了。

併發編程 有不一樣的實現方式。 好比 多進程模式，多線程模式等。
而最多見也最直接的就是 操做系統級別使用的進程，所謂 進程就是運行在它本身的地址空間內的自包容的程序。好比，能夠在電腦上，同時並行進行幾個不一樣的任務，qq和人聊天，酷狗播放器播放音樂，而後瀏覽器下着文件，這就是三個不一樣的進程，這三個進程彼此之間相互隔絕，不受其餘進程影響。

而對於同一個進程，也能夠採用多線程開發技術，使得一個程序內部多個線程能夠並行運行。

固然，對於單核cpu，咱們說計算機能在同一個時間點並行運行多進程或多線程。它們實際上都不是真正意義上的同一個時間點，只不過cpu切換速度極快，操做系統將cpu時間切片，分配給不一樣的任務。雖然看起來每一個任務在執行過程當中都是有時運行有時中止，可是鑑於cpu執行的速度極高，因此在咱們使用者看來，那都是連續的，不間斷的。這幾個不一樣的任務就像同時並行運行同樣。

而伴隨着多核cpu的出現，幾個核同時運行，這個時候，它們纔有多是在真正的同一個時間點並行運行。

而多線程，由於會對相同的內存空間進行併發讀寫操做，因此它們更加複雜。
解釋一下這句話，仍是 回到剛纔舉的那個例子，在一臺電腦上，同時運行幾個不一樣的任務。qq和人聊天，酷狗播放器播放音樂，而後瀏覽器下着文件。咱們知道，不管什麼程序，歸根結底編譯到了最底層，那就是0和1。由於cpu只認識0和1，若是把0和1轉化爲容易閱讀的語言，那就是彙編語言。看過彙編的應該知道，相似 什麼mov ax,bx 之類的語句都是直接操做寄存器或內存地址的。那麼這個時候問題就來了，酷狗播放器，qq，瀏覽器這三個程序，編譯到了彙編層次，那麼也會直接操做寄存器和內存地址，那麼爲何他們這些程序之間不衝突呢？緣由就是由於 其實他們這個地址之類的，都是虛擬內存地址。酷狗播放器和qq編譯成彙編語言以後，他們的內存地址都是虛擬的，因此哪怕這兩個程序在彙編層面都操做同一個內存地址，也不會彼此衝突。這中間的功勞就是屬於操做系統和cpu。操做系統在運行這兩個進程時，會和cpu一塊兒起做用，把他們的虛擬地址空間轉換爲實際的地址空間。其實說白了，就是 酷狗播放器，qq，瀏覽器在編寫他們各自的代碼的時候。根本不會考慮彙編層面上，寄存器，內存地址之類的問題。他們只須要寫好本身程序自己的代碼就好了。至於那些多個進程怎麼運行之類的複雜問題的，上層開發的程序員們是不用關心的。

而多線程，他們歸根到底仍是屬於同一個進程，所以多個不一樣線程仍是對於同一內存空間進行操做，因此多線程更復雜，更容易出問題。

對於多進程，某個進程崩潰了，那麼對其餘進程 沒啥影響，可是對於多線程，某個線程崩潰了，它所屬的這個進程也會受到直接影響。

固然，咱們在說不一樣的進程在運行的時候，都屬於各自幹好本身的事情，中間不會發生什麼聯繫。這樣就避免了相互干擾。不過操做系統固然也提供了進程間通訊機制（IPC），好比linux的 管道，信號，套接字之類的。

 

而從表面上看，若是一樣一個任務（進程），分解成多個線程來執行，和單獨一個線程來執行，理論上前者的開銷應該是更大的，緣由很簡單，執行多線程會增長 上下文切換的代價。可是實際上，多線程之因此更快，有兩個主要因素。
（1）阻塞。程序由於程序控制以外的某些因素（好比I/0）而致使不能繼續執行，cpu是如此寶貴的資源，若是cpu一直處於等待狀態，那豈不是一種很大的浪費。拿i/o操做來講，cpu的執行速度極高，它的時間都是按照納秒爲單位的，可是執行程序所須要的資源或數據確每每在內存，硬盤，乃至網絡服務器上，它們的速度相對於cpu那就太慢，甚至極慢。若是是順序編程，在這種狀況下，cpu只能乾等着，沒辦法繼續幹活。那麼這種狀況下，多線程就變的頗有必要了。此時cpu能夠切換執行另外一個任務，那麼就不用幹等着其中一個線程。

（2）多核cpu的出現，在最初的時候cpu都是單核的，可是到如今四核八核都很廣泛的狀況下，若是是順序編程只能在某一個核上運行。找人完成一件任務，一我的單獨幹，和8我的協助幹，雖而後者會須要花費更多的組織和協調的耗費，可是明顯後者幹活比前者快。

多線程編程將一個大的程序（任務／進程）劃分爲多個分離的，獨立運行的線程（子任務），一個線程就是該進程中的 一個單一的順序控制流，每一個線程雖然沒有獨立的地址空間（由於只有進程纔有），可是各個線程有本身的堆棧和局部變量。而在線程自己來看，就像它單獨佔有cpu同樣。雖然底層機制是操做系統切分了cpu的時間，給它分配了這一段的時間。不過上層開發的程序員是不用關心這些的，因此這種線程模型方便了上層開發者。

 

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