多线程-程序、进程、线程与并行、并发的概念

多线程

本章要学习的内容：

• 专题1：相关概念的理解
• 专题2：多线程创建方式一：继承Thread类
• 专题3：多线程创建方式二：实现Runnable接口
• 专题4：Thread类的常用方法
• 专题5：多线程的优点、使用场景、Thread的生命周期
• 专题6：卖票案例、引出线程安全问题，引出同步机制
• 专题7：使用同步代码块解决线程安全问题
• 专题8：使用同步方法解决线程安全问题
• 专题9：线程安全的懒汉式、死锁
• 专题10：JDK5中Lock锁的使用
• 专题11：线程的通信与基本举例
• 专题12：JDK5.0新增两种创建多线程的方式
• 专题13：本章随堂复习与企业真题

相关概念

• 程序（program）：为完成特定任务，用某种语言编写的一组指令的集合。即指一段静态的代码，静态对象。

• 进程（process）：程序的一次执行过程，或是正在内存中运行的应用程序。如：运行中的QQ，运行中的网易云音乐。

  • 每个进程都有一个独立的内存空间，系统运行一个程序即是一个进程从创建、运行到消亡的过程。（生命周期）
  • 程序是静态的，进程是动态的。
  • 进程作为操作系统调度和分配资源最小的单位（亦是系统运行程序的基本单位），系统在运行时会为每个进程分配不同的内存区域。
  • 现代的操作系统，大都是支持多进程的，支持同时运行多个程序。比如：现在学习一边使用编辑器，一遍放着音乐，同时还运行这浏览器等软件

• 线程（thread）：进程可进一步细化为线程，是程序内部的一条执行路径。一个进程中至少有一个线程。

  • 一个进程同一时间若并行执行多个线程，就是支持多线程的。

  

  • 线程作为CPU调度和执行的最小单位。

  • 一个进程中的多个线程共享相同的内存单元，它们从同一个堆中分配对象，可以访问相同的变量和对象。

    这就使得线程间通信更简便、高效。但多个线程操作共享的系统资源可能就会带来安全的隐患。

  • 下图中，红框的蓝色区域为线程独享，黄色区域为线程共享。

    

注意：
不同的进程之间是不共享内存的。
进程之间的数据交换和通信的成本很高

线程调度

• 分时调度

  所有线程轮流使用CPU的使用权，并且平均分配每个线程占用CPU的时间。

• 抢占式调度

  让优先级高的线程以较大的概率优先使用CPU。如果线程的优先级相同，那么会随机选择一个（线程随机性），Java使用的为抢占式调度。

多线程程序的优点：

背景：以单核CPU为例，只使用单个线程先后完成多个任务（调用多个方法），肯定比用多个线程来完成用的时间更短，为何仍需多线程呢？

多线程程序的优点：

1. 提高应用程序的响应。对图形化界面更有意义，可增强用户体验。
2. 提高计算机系统CPU的利用率。
3. 改善程序结构。将既长又复杂的进程分为多个线程，独立运行，利与理解和修改。

补充概念

单核CPU和多核CPU

单核CPU，在一个时间单元内，只能执行一个线程的任务。例如，可以把CPU看成是医院的医生诊室，在一定时间内只能给一个病人诊断治疗。所以单核CPU就是，代码经过前面一系列的前导操作（类似于医院挂号，比如有10个窗口挂号），然后到CPU处执行时发现，就只有一个CPU（对应一个医生），大家排队执行。

这时候想要提升系统性能，只有两个办法，要么提升CPU性能(让医生看病快点)，要么多加几个CPU（多整几个医生），即为多核的CPU。

问题：多核的效率是单核的数倍吗？譬如4核A53的CPU，性能是单核A53的4倍吗？理论上是，但是实际不可能，至少有两方面的损耗。

• 一个是多个核心的其他共用资源限制。譬如，4核CPU对应的内存、cache、寄存器并没有同步扩充4倍。这就好像医院一样，1个医生换4个医生，但是做B超检查的还是一台机器，性能瓶颈就从医生转到B超检查了。
• 另一个是多核CPU之间的协调管理损耗。譬如多个核心同时运行两个相关的任务，需要考虑任务同步，这也需要消耗额外性能。好比公司工作，一个人的时候至少不用开会浪费时间，自己跟自己商量就行了。两个人就要开会同步工作，协调分配，所以工作效率绝对不可能达到2倍。

并行与并发

• 并行（parallel）：指两个或多个事件在用一时刻发生（同时发生）。指在同一时刻，有多条指令在多个CPU上同时执行。比如：多个人同时做不同的事。

  

• 并发（concurrency）：指两个或多个事件在同一个时间段内发生。即在一段时间内，有多条指令在单个CPU上快速轮换、交替执行，使得在宏观上具有多个进程同时执行的效果。

  

  在操作系统中，启动了多个程序，并发指的是在一段时间内宏观上有多个程序同时运行，这在单核CPU系统中，每一时刻只能有一个程序执行，即微观上这些程序是分时的交替运行，只不过给人的感觉是同时运行，那是因为分时交替运行的时间是非常短的。

  而在多核CPU系统中，则这些可以并发执行的程序便可以分配到多个CPU上，实现多任务并行执行，即利用每个处理器来处理一个可以并发执行的程序，这样多个程序便可以同时执行。目前电脑市场上说的多核CPU，便是多核处理器，核越多，并行处理的程序越多，能大大的提高电脑运行的效率。