线程与进程

线程 进程
计算机基础
Publish Date:   2021-07-17
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进程

  • 是指计算机中已运行的程序，它是一个动态执行的过程。假设我们电脑上同时运行了浏览器、QQ 以及代码编辑器三个软件，这三个软件之所以同时运行，就是进程所起的作用。
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    线程

  • 是操作系统能够进行运算调度的最小单位。大部分情况下，它被包含在进程之中，是进程中的实际运作单位。也就是说一个进程可以包含多个线程， 因此线程也被称为轻量级进程。
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    线程的状态

    线程从创建到最终的消亡，要经历若干个状态。一般来说，线程包括以下这几个状态：
  • 创建(new) 新建状态，尚未启动的线程处于此状态；
  • 就绪(runnable) 新建状态后，当前线程没有获得CPU时间片，等待CPU时间片轮转
  • 运行(running) 可运行状态，Java 虚拟机中执行的线程处于此状态；
  • 阻塞(blocked) 阻塞状态，等待监视器锁定而被阻塞的线程处于此状态；
  • 等待(waiting)等待状态，无限期等待另一线程执行特定操作的线程处于此状态；
  • 定时等待(time waiting)定时等待状态，在指定等待时间内等待另一线程执行操作的线程处于此状态；
  • 消亡（dead）结束状态，已退出的线程处于此状态。

使用多线程可能遇到的问题

  • 并发编程的目的就是为了能提高程序的执行效率提高程序运行速度，但是并发编程并不总是能提高程序
    运行速度的，而且并发编程可能会遇到很多问题，比如:内存泄漏、上下文切换、死锁还有受限于硬件
    和软件的资源闲置问题。

初始化线程

在Java中初始化线程有四种方法

  • 继承 Thread 类，重写 run() 方法，该方法代表线程要执行的任务；
  • 实现 Runnable 接口，实现 run() 方法，该方法代表线程要执行的任务；
  • 实现 Callable 接口，实现 call() 方法，call() 方法作为线程的执行体，具有返回值，并且可以对异常进行声明和抛出。
  • 使用线程池

    继承Thread类

    Thread 类是一个线程类，位于 java.lang 包下。用于创建线程

Thread 类的构造方法

  • Thread()：创建一个线程对象；
  • Thread(String name)：创建一个指定名称的线程对象；
  • Thread(Runnable target)：创建一个基于 Runnable 接口实现类的线程对象；
  • Thread(Runnable target, String name)：创建一个基于 Runnable 接口实现类，并具有指定名称的线程对象。

    Thread 类的常用方法

  • void run()：线程相关的代码写在该方法中，一般需要重写；
  • void start()：启动当前线程；
  • static void sleep(long m)：使当前线程休眠 m 毫秒；
  • void join()：优先执行调用 join() 方法的线程。

run() 方法是一个非常重要的方法，它是用于编写线程执行体的方法

继承Thread类创建线程

/**
    * 继承Thread类
    */
   public static class Thread01 extends Thread{
       @Override
       public void run() {
           System.out.println("当前线程ID："+Thread.currentThread().getId());
           System.out.println("运行结果：" + Math.random());
       }
   }

main方法创建一个线程

public static void main(String[] args) {
        System.out.println("线程-开始");
        Thread01 thread01 = new Thread01();
        new Thread(thread01).start();
        System.out.println("线程-结束");
    }

运行结果
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实现Runnable接口

使用Runnable接口的原因

  • Java 不支持多继承，所有的类都只允许继承一个父类，可以认为继承也是一种资源；
  • 但可以实现多个接口。如果继承了 Thread 类就无法继承其它类，这不利于扩展；
  • 继承 Thread 类通常只重写 run() 方法，其他方法一般不会重写；
  • 继承整个 Thread 类成本过高，开销过大。实现Runnable接口更轻量；

实现Runnable接口创建线程

/**
 * 实现Runnable接口
 */
public static class Runnable01 implements Runnable{
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("当前线程ID："+Thread.currentThread().getId());
        System.out.println("运行结果：" + Math.random()*10000);
    }
}

main方法创建一个线程

public static void main(String[] args) {
    System.out.println("线程-开始");
    Runnable01 runnable01 = new Runnable01();
    new Thread(runnable01).start();
    System.out.println("线程-结束");
}

运行结果
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实现Callable接口 + FutureTask 接口

由于上述两种方式没有返回结果，JDK1.5后加入了Callable接口 + FutureTask 接口

使用Callable接口和FutureTask接口的原因

  • 继承 Thread 类和实现 Runnable 接口这两种创建线程的方式都没有返回值。
  • 线程执行完毕后，无法得到执行结果。
  • 为了解决这个问题，Java 5 后，提供了 Callable 接口和 Future 接口；
  • 通过Callable接口和FutureTask接口，可以在线程执行结束后，返回执行结果。

实现Callable接口 + FutureTask接口创建线程

/**
 * 实现Callable接口 + FutureTask (可以获取返回结果，处理异常)
 */
public static class Callable01 implements Callable<Integer>{
    @Override
    public Integer call() throws Exception {
        System.out.println("当前线程ID："+Thread.currentThread().getId());
        System.out.println("运行结果：" + Math.random());
        int result = (int) Math.random();
        return result;
    }
}

main方法创建一个线程

public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
    System.out.println("线程-开始");
    FutureTask futureTask = new FutureTask<>(new Callable01());
    new Thread(futureTask).start();
    //等待线程运行结束，获取返回值
    Integer integer = (Integer) futureTask.get();
    System.out.println("线程-结束"+integer);
}

运行结果
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以上三种方式利弊分析

  • 继承Thread类和实现Runnalbe接口方式创建线程，主进程无法获取线程的运算结果。有些需要返回结果的场景无法使用
  • 实现Callable接口 + FutureTask :主进程可以获取线程的运算结果，但是不利于控制服务器中的线程资源。
  • 如果大量的线程创建，可能导致服务器资源耗尽，所以我们需要使用线程池；

线程池

为什么要用线程池

  • 降低资源消耗。通过重复利用已创建的线程降低线程创建和销毁造成的消耗。
  • 提高响应速度。当任务到达时，任务可以不需要的等到线程创建就能立即执行。
  • 提高线程的可管理性。线程是稀缺资源，如果无限制的创建，不仅会消耗系统资源，还会降低系
    统的稳定性，使用线程池可以进行统一的分配， 调优和监控。
  • 通过线程池性能稳定，也可以获取执行结果，并捕获异常。
  • 但是，在业务复杂情况下，一个异步调用可能会依赖于另一个异步调用的执行结果。

创建线程池

《阿里巴巴Java开发手册》中强制线程池不允许使用Executors 去创建，而是通过ThreadPoolExecutor的方式，这样的处理方式让写的同学更加明确线程池的运行规则，规避资源耗尽的风险

方式一：Executors.newFixedThreadPool()

使用ExecutorService 创建一个线程池

//保证当前系统中线程池是有限个，每个异步任务，提交给线程池让他自己去执行
public static ExecutorService service = Executors.newFixedThreadPool(10);

将线程放入线程池中

Thread01 thread01 = new Thread01();
service.execute(thread01);

运行结果
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方式二：new ThreadPoolExecutor(）推荐

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