行程與執行緒

行程

程式由指令和資料組成，但這些指令要運行，資料要讀寫，就必須將指令加載至 CPU，資料加載至記憶體，在指令運行程序中還需要用到磁盤、網路等設備，行程就是用來加載指令、管理記憶體、管理 IO 的
當一個程式被運行，從磁盤加載這個程式的代碼至記憶體，這時就開啟了一個行程

執行緒

一個行程之內可以分為一到多個執行緒，
一個執行緒就是一個指令流，將指令流中的一條條指令以一定的順序交給 CPU 執行
Java 中，執行緒作為最小調度單位，行程作為資源分配的最小單位，在 windows 中行程是不活動的，只是作為執行緒的容器

行程與執行緒的區別

行程基本上相互獨立的，而執行緒存在于行程內，是行程的一個子集
行程擁有共享的資源，如記憶體空間等，供其內部的執行緒共享
行程間通信較為復雜
- 同一臺計算機的行程通信稱為 IPC（Inter-process communication）
- 不同計算機之間的行程通信，需要通過網路，并遵守共同的協議，例如 HTTP
執行緒通信相對簡單，因為它們共享行程內的記憶體，一個例子是多個執行緒可以訪問同一個共享變數
執行緒更輕量，執行緒背景關系切換成本一般上要比行程背景關系切換低

并行與并發

單核 cpu 下，執行緒實際還是 串行執行 的，作業系統中有一個組件叫做任務調度器，將 cpu 的時間片（windows下時間片最小約為 15 毫秒）分給不同的程式使用，只是由于 cpu 在執行緒間（時間片很短）的切換非常快，人類感覺是 同時運行的 ，總結為一句話就是： 微觀串行，宏觀并行 ，一般會將這種 執行緒輪流使用 CPU 的做法稱為并發（concurrent）

多核 cpu下，每個 核（core） 都可以調度運行執行緒，這時候執行緒可以是并行的，

Java 執行緒

創建和運行執行緒

直接使用 Thread

package create;


import lombok.extern.slf4j.Slf4j;

@Slf4j(topic = "c.ThreadCre")
public class ThreadCre {
    public static void main(String[] args) {

        Thread t = new Thread(){
            @Override
            public void run() {
                log.debug("running");
            }
        };

        t.start();

        log.debug("running");

    }
}

使用 Runnable 配合 Thread

package create;

import lombok.extern.slf4j.Slf4j;

@Slf4j(topic = "c.RunnableCre")
public class RunnableCre {
    public static void main(String[] args) {
        Runnable r = new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                log.debug("running");
            }
        };

        Thread t = new Thread(r,"t2");

        t.start();
    }
}

使用 lambda 方式簡化

package create;

import lombok.extern.slf4j.Slf4j;

@Slf4j(topic = "c.RunnableCre")
public class RunnableCre {
    public static void main(String[] args) {
        Runnable r = () -> { log.debug("running"); };

        Thread t = new Thread(r,"t2");

        t.start();
    }
}

FutureTask 配合 Thread

package create;

import lombok.extern.slf4j.Slf4j;

import java.util.concurrent.Callable;
import java.util.concurrent.ExecutionException;
import java.util.concurrent.FutureTask;

@Slf4j(topic = "c.FutureTaskCre")
public class FutureTaskCre {
    public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
        FutureTask<Integer> task = new FutureTask<>(new Callable<Integer>() {
            @Override
            public Integer call() throws Exception {
                log.debug("running...");
                Thread.sleep(1000);
                return 100;
            }
        });

        Thread t = new Thread(task,"t1");
        t.start();

        log.debug("{}",task.get());
    }
}

Thread 與 Runnable 的關系

用 Runnable 更容易與執行緒池等高級 API 配合
用 Runnable 讓任務類脫離了 Thread 繼承體系，更靈活

執行緒運行的原理

堆疊與堆疊幀

每個執行緒啟動后，虛擬機就會為其分配一塊堆疊記憶體，

每個堆疊由多個堆疊幀（Frame）組成，對應著每次方法呼叫時所占用的記憶體
每個執行緒只能有一個活動堆疊幀，對應著當前正在執行的那個方法

執行緒背景關系切換

因為以下一些原因導致 cpu 不再執行當前的執行緒，轉而執行另一個執行緒的代碼

執行緒的 cpu 時間片用完
垃圾回收
有更高優先級的執行緒需要運行
執行緒自己呼叫了 sleep、yield、wait、join、park、synchronized、lock 等方法

當 Context Switch 發生時，需要由作業系統保存當前執行緒的狀態，并恢復另一個執行緒的狀態，Java 中對應的概念就是程式計數器（Program Counter Register），它的作用是記住下一條 jvm 指令的執行地址，是執行緒私有的

狀態包括程式計數器、虛擬機堆疊中每個堆疊幀的資訊，如區域變數、運算元堆疊、回傳地址等
Context Switch 頻繁發生會影響性能

常見方法

方法名	static	功能說明	注意
start()		啟動一個新執行緒，在新的執行緒運行 run 方法中的代碼	start 方法只是讓執行緒進入就緒，里面的代碼不一定立刻運行（CPU的時間片還沒有分給它），每個執行緒物件的 start 方法只能呼叫一次，否則會出現例外
run()		新執行緒啟動后會呼叫的方法	如果在構造 Thread 物件時傳遞了 Runnable 引數，則執行緒啟動后會呼叫 Runnable 中的 run 方法，但可以創建 Thread 的子類物件來覆寫默認行為
join()		等待執行緒運行結束
join(long n)		等待執行緒運行結果，最多等待 n 毫秒
getId()		獲取執行緒長整型的 id
getName()		獲取執行緒名
setName(String)		修改執行緒名
getPriority()		獲取執行緒優先級
setPriority(int)		修改執行緒優先級	java中規定執行緒優先級是1~10 的整數，較大的優先級能提高該執行緒被 CPU 調度的機率
getState()		獲取執行緒狀態	Java 中執行緒狀態是用 6 個 enum 表示，分別為：NEW, RUNNABLE, BLOCKED, WAITING, TIMED_WAITING, TERMINATED
isInterrupted()		判斷是否被打斷	不會清除打斷標記
isAlive()		執行緒是否存活（還沒有運行完畢）
interrupt()		打斷執行緒	如果被打斷執行緒正在 sleep，wait，join 會導致被打斷的執行緒拋出 InterruptedException，并清除打斷標記；如果打斷的正在運行的執行緒，則會設定打斷標記；park 的執行緒被打斷，也會設定打斷標記
interrupted()	static	判斷當前執行緒是否被打斷	會清除打斷標記
currentThread()	static	獲取當前正在執行的執行緒
sleep(long n)	static	讓當前執行的執行緒休眠 n 毫秒，休眠時讓出 CPU 的時間片給其他程式
yield()	static	提示執行緒調度器讓出當前執行緒對CPU的使用	主要是為了測驗和除錯

start 與 run

呼叫 run

public static void main(String[] args) {
 	Thread t1 = new Thread("t1") {
 		@Override
 		public void run() {
 			log.debug(Thread.currentThread().getName());
 			FileReader.read(Constants.MP4_FULL_PATH);
 		}
 	};
    
 	t1.run();
 	log.debug("do other things ...");
}

輸出

19:39:14 [main] c.TestStart - main
19:39:14 [main] c.FileReader - read [1.mp4] start ...
19:39:18 [main] c.FileReader - read [1.mp4] end ... cost: 4227 ms
19:39:18 [main] c.TestStart - do other things ...

程式仍在 main 執行緒運行， FileReader.read() 方法呼叫還是同步的

總結

直接呼叫 run 是在主執行緒中執行了 run，沒有啟動新的執行緒
使用 start 是啟動新的執行緒，通過新的執行緒間接執行 run 中的代碼

sleep 與 yield

sleep

呼叫 sleep 會讓當前執行緒從 Running 進入 Timed Waiting 狀態（阻塞）
其它執行緒可以使用 interrupt 方法打斷正在睡眠的執行緒，這時 sleep 方法會拋出 InterruptedException
睡眠結束后的執行緒未必會立刻得到執行（搶占時間片）
建議用 TimeUnit 的 sleep 代替 Thread 的 sleep 來獲得更好的可讀性

yield

呼叫 yield 會讓當前執行緒從 Running 進入 Runnable 就緒狀態，然后調度執行其它執行緒
具體的實作依賴于作業系統的任務調度器

執行緒優先級

執行緒優先級會提示（hint）調度器優先調度該執行緒，但它僅僅是一個提示，調度器可以忽略它
如果 cpu 比較忙，那么優先級高的執行緒會獲得更多的時間片，但 cpu 閑時，優先級幾乎沒作用

join

等待一個執行緒執行結束

等待多個執行緒的結果

情況一：

package testJoin;

import lombok.extern.slf4j.Slf4j;

@Slf4j(topic = "c.demo1")
public class demo1 {

    static int r = 0 , r1 = 0 , r2 = 0;

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        test2();
    }

    private static void test2() throws InterruptedException {
        Thread t1 = new Thread(() -> {
            try {
                Thread.sleep(1000);
                r1 = 10;
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        });
        Thread t2 = new Thread(() -> {
            try {
                Thread.sleep(2000);
                r1 = 20;
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        });
        long start = System.currentTimeMillis();
        t1.start();
        t2.start();
        log.debug("join begin");
        t1.join();
        log.debug("t1 join end");
        t2.join();
        log.debug("t2 join end");
        long end = System.currentTimeMillis();
        log.debug("r1: {} r2: {} cost: {}",r1,r2,end-start);
    }
}

輸出：

14:18:02 [main] c.demo1 - join begin
14:18:03 [main] c.demo1 - t1 join end
14:18:04 [main] c.demo1 - t2 join end
14:18:04 [main] c.demo1 - r1: 20 r2: 0 cost: 2008

情況二：

package testJoin;

import lombok.extern.slf4j.Slf4j;

@Slf4j(topic = "c.demo1")
public class demo1 {

    static int r = 0 , r1 = 0 , r2 = 0;

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        test2();
    }

    private static void test2() throws InterruptedException {
        Thread t1 = new Thread(() -> {
            try {
                Thread.sleep(1000);
                r1 = 10;
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        });
        Thread t2 = new Thread(() -> {
            try {
                Thread.sleep(2000);
                r1 = 20;
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        });
        long start = System.currentTimeMillis();
        t1.start();
        t2.start();
        log.debug("join begin");
        t2.join();
        log.debug("t2 join end");
        t1.join();
        log.debug("t1 join end");
        long end = System.currentTimeMillis();
        log.debug("r1: {} r2: {} cost: {}",r1,r2,end-start);
    }
}

輸出：

14:19:19 [main] c.demo1 - join begin
14:19:21 [main] c.demo1 - t2 join end
14:19:21 [main] c.demo1 - t1 join end
14:19:21 [main] c.demo1 - r1: 20 r2: 0 cost: 2006

另外 join 也可以帶引數，是有時效的等待，當到設定時間執行緒還未給出結果，直接向下運行，不再等待，如果設定時間還沒到但是執行緒已經執行完畢，則直接向下執行，不再等待，

interrupt

打斷 sleep，wait，join 的執行緒

這幾個方法都會讓執行緒進入阻塞狀態

打斷 sleep 的執行緒, 會清空打斷狀態，以 sleep 為例

package testInterrupt;

import lombok.extern.slf4j.Slf4j;

@Slf4j(topic = "c.demo1")
public class demo1 {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread t1 = new Thread(() -> {
            log.debug("sleep...");
            try {
                Thread.sleep(5000);
                //注意：sleep，wait，join等被打斷并以例外形式表現出來后
                // 會把打斷標記重新置為 false（未打斷狀態）
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        },"t1");

        t1.start();
        Thread.sleep(1000);
        log.debug("interrupt");
        t1.interrupt();
        log.debug("打斷標記：{}",t1.isInterrupted());
    }
}

輸出：

15:08:12 [t1] c.demo1 - sleep...
15:08:13 [main] c.demo1 - interrupt
15:08:13 [main] c.demo1 - 打斷標記：false
java.lang.InterruptedException: sleep interrupted
	at java.lang.Thread.sleep(Native Method)
	at testInterrupt.demo1.lambda$main$0(demo1.java:11)
	at java.lang.Thread.run(Thread.java:748)

Process finished with exit code 0

打斷正常運行的執行緒打斷標記置為：true

package testInterrupt;

import lombok.extern.slf4j.Slf4j;

@Slf4j(topic = "c.demo2")
public class demo2 {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread t1 = new Thread(() -> {
            while (true){
                boolean interrupted = Thread.currentThread().isInterrupted();
                if(interrupted){
                    log.debug("被打斷了，退出回圈");
                    break;
                }
            }
        },"t1");
        t1.start();

        Thread.sleep(1000);
        log.debug("interrupt");
        t1.interrupt();
    }
}

輸出：

15:17:40 [main] c.demo2 - interrupt
15:17:40 [t1] c.demo2 - 被打斷了，退出回圈

打斷 park 執行緒

package testInterrupt;

import lombok.extern.slf4j.Slf4j;

import java.util.concurrent.locks.LockSupport;

@Slf4j(topic = "c.demo4")
public class demo4 {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread t1 = new Thread(() -> {
            log.debug("park...");
            LockSupport.park();
            log.debug("unpark...");
            log.debug("打斷狀態：{}",Thread.currentThread().isInterrupted());
        },"t1");

        t1.start();

        Thread.sleep(1000);
        t1.interrupt();
    }
}

輸出：

14:16:21 [t1] c.demo4 - park...
14:16:22 [t1] c.demo4 - unpark...
14:16:22 [t1] c.demo4 - 打斷狀態：true

兩階段終止模式

package testInterrupt;

import lombok.extern.slf4j.Slf4j;

@Slf4j(topic = "c.demo3")
public class demo3 {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        TwoPhaseTermination tpt = new TwoPhaseTermination();
        tpt.start();
        Thread.sleep(3500);
        tpt.stop();
    }
}

@Slf4j(topic = "c.TwoPhaseTermination")
class TwoPhaseTermination{
    private Thread monitor;

    //啟動監控執行緒
    public void start(){
        monitor = new Thread(() -> {
            while (true){
                Thread current = Thread.currentThread();
                if(current.isInterrupted()){
                    log.debug("料理后事");
                    break;
                }
                try {
                    Thread.sleep(1000);//情況1
                    log.debug("執行監控記錄");//情況2
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                    //重新設定打斷標記
                    current.interrupt();
                }
            }
        });

        monitor.start();
    }

    //終止監控執行緒
    public void stop(){

        monitor.interrupt();
    }
}

輸出：

15:33:02 [Thread-0] c.TwoPhaseTermination - 執行監控記錄
15:33:03 [Thread-0] c.TwoPhaseTermination - 執行監控記錄
15:33:04 [Thread-0] c.TwoPhaseTermination - 執行監控記錄
java.lang.InterruptedException: sleep interrupted
	at java.lang.Thread.sleep(Native Method)
	at testInterrupt.TwoPhaseTermination.lambda$start$0(demo3.java:29)
	at java.lang.Thread.run(Thread.java:748)
15:33:04 [Thread-0] c.TwoPhaseTermination - 料理后事

Process finished with exit code 0

不推薦的方法

還有一些不推薦使用的方法，這些方法已過時，容易破壞同步代碼塊，造成執行緒死鎖

方法名	static	功能說明
stop()		停止執行緒運行
suspend()		掛起（暫停）執行緒運行
resume()		恢復執行緒運行

轉載請註明出處，本文鏈接：https://www.uj5u.com/houduan/485746.html

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