Java併發編程（二）爲何須要多線程

 

若是不考慮多線程的話，那麼在程序只有一條執行路徑，代碼串行執行：順序執行、選擇或者循環。單線程就像你用你慣常的手去寫字，多線程編程就要求你左手畫圓，右手畫方。一不留神就會手忙腳亂，圓不是圓，方也不像方。在繼續學習多線程編程以前，先來小小的回顧一下操做系統的進化史。

操做系統發展回顧

手工操做：計算機並不包含操做系統，從頭至尾只執行一個程序，這個程序能夠訪問程序中全部的資源。

 

批處理系統：加載在計算機上的一個系統軟件，在它的控制下，計算機可以自動地、成批地處理一個或多個用戶的做業（這做業包括程序、數據和命令）。

 

多道程序設計技術： 所謂多道程序設計技術，就是指容許多個程序同時進入內存並運行。即同時把多個程序放入內存，並容許它們交替在CPU中運行，它們共享系統中的各類硬、軟件資源。當一道程序因I/O請求而暫停運行時，CPU便當即轉去運行另外一道程序。

 

分時系統： 因爲CPU速度不斷提升和採用分時技術，一臺計算機可同時鏈接多個用戶終端，而每一個用戶可在本身的終端上聯機使用計算機，好象本身獨佔機器同樣。

 

 

從操做系統的發展能夠看出來，從單任務到多任務，從多道處理到分時處理，計算機的資源利用率和併發性愈來愈高了。

在早期的分時系統中，每一個進程至關於一臺虛擬的馮·諾依曼計算機，它擁有存儲指令和數據的內存空間，根據機器語言的語義以串行的方式執行指令，並經過一組I/O指令與外部設備通訊。

這個時候若是把一個進程當作虛擬機，那麼這個進程中的線程就至關於虛擬機中的進程啦。

串行編程的好處在於直觀和簡單，不容易出岔子，缺點是若是某些步驟處理時間過長鬚要無謂的等待；

異步處理的好處是：高效，充分利用資源，缺點各個步驟之間須要協調一致，否則容易亂套。

 

結論：分時，多進程、多線程的併發、異步執行，這些複雜的編程手段已經成熟了，須要咱們更好地掌握以提升本身的編程水平。

多線程的優點

1. 發揮處理器的強大能力

在多處理器上，多線程能夠經過提升處理器資源的利用率來提升系統的吞吐率。

在單處理器系統上也能夠得到更高的吞吐率，好比說多線程程序在等待某個同步I/O操做時，還有其餘線程能夠繼續運行。

 

2. 建模的簡單性

完成單任務時，很簡單，只要把這件事作好就行。可是在完成多任務的時候，不只要把活幹好，還要考慮不一樣任務之間存在優先級和時間。

 

3. 異步事件的簡化處理

一部分線程接受客戶端請求，另外一部分處理器請求。若是是單線程程序的話，處理請求時會停頓致使接受請求阻塞，爲了不這個問題單線程程序必須使用非阻塞的I/O，這種I/O的複雜性要遠遠高於同步I/O。

 

4. 響應靈敏的用戶界面

這個就不解釋了。

多線程的例子

若是使用得當，線程能夠有效地下降程序的開發和維護成本，同時提高複雜應用程序的性能。

 

這裏列舉幾個多線程的應用場景，幫助加深理解。

 

1. 圖形用戶界面中，多線程能夠提供用戶界面響應靈敏度。

2. 服務器應用程序中，能夠提高資源利用率以及系統吞吐率。好比在tomcat中一部分線程接受請求，另外一部分線程處理請求。

3. JVM垃圾收集器中，垃圾收集一般在一個或者多個專門的線程中運行，同時還有個主線程來運行main方法。

4. 矩陣計算，多線程併發執行。

5. 下載大文件時，大文件能夠分紅多個部分，每一個線程下載一部分。

6. 多叉樹中搜索N個文件。

7. 假設有個請求，這個請求服務端的處理須要執行3個很緩慢的IO操做（好比數據庫查詢或文件查詢）。

8. web服務器自己；各類專用服務器（如遊戲服務器）。

9. 後臺任務，例如：定時向大量（100w以上）的用戶發送郵件。

10. 異步處理，例如：發微博、記錄日誌等。

11. 分佈式計算。

12. 生產者和消費者模型。

13. 定時任務。

14. Servlet和JSP，多併發時可能有多個客戶端請求Servlet，Servlet必須是線程安全的。

15. 遠程方法調用。