【多线程】基础理论知识

上一个系列是SpringCloud入门系列，以后肯定会写一期进阶系列，但是目前更新的是多线程系列。

多线程的重要性不用多说，高并发在现在的生活无处不在。618，双11，12306，支持的并发量那都不知道是多大，说再多遍也不嫌多，是非常非常非常倾佩这些团队的。

本篇文章重点是带大家了解下进程和线程方面的基础理论知识，涉及到的概念都是简单但是又很实用的，一些可能没涉及到的概念也会在后面的文章中写出来。

进程

进程的简单概念

在进程模型中，计算机所有可运行的软件，通常也包括操作系统，被组织成若干顺序进程，简称进程（process），一个进程就是一个正在执行程序的示例。

大白话来说，一个进程就相当于我们启动的项目，或者说打开任务管理器的时候看到的这些应用都是进程。一个进程主要包括程序计数器、寄存器和变量的当前值。

这里还需要讲下的一个概念就是守护进程 。

停留在后台处理的进程称之为守护进程。

进程的状态

进程的状态有三个状态，就绪、运行、阻塞。就绪就是能运行，但是还没运行，CPU被其它进程占用了；运行就是该时刻进程已经实际占用CPU在运行了；阻塞基本上等于暂停了，除非有外界因素干扰，不然该进程就不能运行了。

拿做核酸来讲，医护人员就是CPU，正在做核酸的人就是运行态，在后面排队的就是就绪态，没有人逼他自己不想做根本没有来排队就是阻塞态。

值得注意的是，这三种状态是可以互相转换的

• 运行 》》 阻塞： 当系统发现进程无法再运行下去的时候，或者认为终止进程后就会发生该转换。
• 运行 《 》 就绪： 这两个转换大多数时候是一体的，主要是由系统进程调度程序决定的，进程对于调度的变化基本上是感知不到的。当系统认为这个进程已经长时间占用CPU了，那么会根据一定的算法 重新分配CPU的时间片，此时就会伴随着状态的转变。
• 阻塞 》》就绪： 当进程等待的一个外部事件发生时就会发生次转换，通俗就是，比如大规模核酸检测，社区上门提醒，就会去排队。

进程间的通信方式

进程间的通信方式有8种，但是忘记在哪本书上看到的这8种的概念，网上虽然有解释，但是不太权威，就没写出来，各位小伙伴暂时就先了解下是哪8种即可。

无名管道，有名管道，高级管道，消息队列，信号量，信号，共享内存和套接字。

线程

线程基本概念

对于线程，查了很久也没有一个明确的概念，甚至再《现代操作系统中》也是模糊的概念，迷你进程（称为线程）。

用Java程序通俗的来说呢，就是一个程序就是一个进程，然后main方法就是该进程的主线程，然后在之后我们会创建多个线程。

我们知道，每个进程都有一个地址空间和一个控制线程，这里的主线程是不是控制线程有待考量。

线程的状态

相较于进程而言，线程的状态有五种。

• New： new是指新建了一个线程，但是还未启动。对应到代码就是只是new了一个Thread后，该线程就处于新建状态，此时仅由JVM为其分配内存，并初始化其成员变量的值
• Runnable： 当线程调用了start（）方法后，该线程就处于就绪状态，在等待cpu时间片。在虚拟机的表现就是Java虚拟机会为其创建方法调用栈和程序计数器，等待调度运行
• Running： 顾名思义就是程序处于运行状态，对应到代码就是处于就绪状态的线程获得了CPU，开始执行run（）方法的线程执行体，则该线程处于运行状态。
• Blocked： 就是我们经常听到的阻塞状态，是指线程因为某种原因放弃了cpu使用权，即让出了cpu timeslice（时间片），暂时停止运行。这种状态会一直维持到线程进入可运行（runnable）状态，才有机会再次获取到cpu时间片，从而再次转到运行（running）状态
• Dead： 线程结束后的状态就是死亡状态

对于阻塞状态而言，分为3种：

• 等待阻塞： 运行中的线程中的线程调用了object.wait（）方法，JVM会把该线程放入等待队列中，使得本线程进入阻塞状态。
• 同步阻塞： 运行中线程在获取对象的同步锁时，若该同步锁被别的线程占用，大白话就是说拿不到锁，JVM会把该线程放入锁池（lock pool）中。
• 其它阻塞： 运行中的线程执行Thread.sleep(long ms)后者t.join()方法，亦或是发出了I/O请求时，JVM会把线程置为阻塞状态。当sleep()状态超时、join（）等待线程终止或者超时、或者I/O处理完毕时，线程重新转入可运行(runnable)状态。

对于线程的Dead状态而言，方式有以下三种：

• 正常结束，就是run（）或者call（）方法执行完成
• 异常结束，线程在运行的过程中抛出一个未捕获的Exception或Error
• 调用stop（）方法，直接调用该线程的stop（）方法来结束线程，但是这种方法容易导致死锁，所以一般不建议使用

线程间的通信方式

线程间的通信方式主要是由3种方式，共享内存、消息传递和管道流。

• 共享内存：java里面一般是使用volatile共享内存
• 消息传递：java里面会使用的方式如wait/notify , join 等方法。
• 管道流：管道输入/输出流的形式

其它

进程和线程的区别

多进程就是操作系统中同时运行的多个程序，多线程在同一个进程中同时运行的多个任务。

根本区别：进程是操作系统资源分配的基本单位，而线程是处理器任务调度和执行的基本单位

资源开销：每个进程都有独立的代码和数据空间（程序上下文），程序之间的切换会有较大的开销；线程可以看做轻量级的进程，同一类线程共享代码和数据空间，每个线程都有自己独立的运行栈和程序计数器（PC），线程之间切换的开销小。

包含关系：如果一个进程内有多个线程，则执行过程不是一条线的，而是多条线（线程）共同完成的；线程是进程的一部分，所以线程也被称为轻权进程或者轻量级进程。

内存分配：同一进程的线程共享本进程的地址空间和资源，而进程之间的地址空间和资源是相互独立的

影响关系：一个进程崩溃后，在保护模式下不会对其他进程产生影响，但是一个线程崩溃整个进程都死掉。所以多进程要比多线程健壮。

执行过程：每个独立的进程有程序运行的入口、顺序执行序列和程序出口。但是线程不能独立执行，必须依存在应用程序中，由应用程序提供多个线程执行控制，两者均可并发执行

线程不安全

在《Java并发编程实战》中有这么一句话

当多个线程访问一个类时，如果不用考虑这些线程在运行时环境下的调度和交替进行，并且不需要额外的同步及调用方代码不必作其它的协调，这个类的行为仍然是正确的，那么成这个类是线程安全的。

通俗一点来说，要想代码线程安全，其实就是保证状态的访问时不出错的，对象的状态一般情况下指的是数据。但是数据大多数情况都是共享，可变的。

顾名思义，共享指的是线程之间是可以访问到这个变量，可变是是指数据的值是可以被更改的，不是写死的。

资源

什么是资源，在《现代操作系统》中的定义是

我们把这里需要排他性使用的对象称为资源。资源可以是硬件设备（如蓝光驱动器）或者是一组信息（如数据库中一个加锁的记录）......简单来说， 资源就是随着时间的推移，必须能获得、使用以及释放的任何东西。

对于这个资源，在java程序里面是锁呢，还是指的共享变量呢，我个人觉得更像是锁，不知道各位小伙伴怎么看。

并行和并发

并发是指同一个时间段内多个线程在执行任务，一般是交替执行；并行是指同一个时刻下多个线程同时工作。

在操作系统的层次来看，如果多个线程能同时被多个CPU执行，这样就是并行。并发是多个线程被一个CPU按照某一算法切换执行。

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