【JavaEE】认识线程

目录

1、什么是线程

 2、为什么引入线程

2.1、线程的优缺点

3、CPU的工作原理 

 4、线程和进程的关系

 4.1、线程和进程的入口函数

4.2、线程独享的资源

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1、什么是线程

一个进程中可以有一个或者多个线程，每个线程都是一个独立的执行流。多个线程之间，也是并发（并行+并发）执行的。

这里的多线程可能是在多个CPU核心上，同时运行，也可能是在一个CPU核心上，通过快速调度进行运行。在第一个JavaEE的博客中说到进程的调度，指的是这些进程里面只有一个线程。操作系统中真正调度的是线程，而不是进程。

1. 线程是操作系统调度运行的基本单位。
2. 进程是操作系统资源分配的基本单位。
3. 线程之间共享进程资源。

 2、为什么引入线程

早在80年代，由于进程的创建和销毁以及切换存在较大空间的开销，因此人们急需一种轻型的进程技术来减少资源的开销，于是线程在这种背景之下产生了。

2.1、线程的优缺点

优点： 

• 创建线程比创建进程更快
• 销毁线程比销毁进程更快
• 调度线程比调度进程更快
• 创建一个进程，进程中的线程可以共享进程的资源，资源的开销减少。

缺点：

虽然说线程之间的调度开销小，但是由于多个线程共享同一个进程中的资源，如果一个线程崩溃了，那么有可能导致整个进程被抹杀。但是进程之间的调度不存在这个问题，每个进程都是独立的空间，都有独立的资源，一个进程崩溃不会影响到其他进程的运行。

3、CPU的工作原理 

要了解线程和进程之前我们还要了解一下一段代码在CPU中执行过程。

• CPU只知道两件事，1、从内存中读取指令，2、执行指令，执行完成之后，回到1.
• 注意这里计算器为了提高效率，CPU中存在寄存器，读取数据的时候他会从PC寄存器（Program Counter Register）中读取数据存放在内存中的地址。PC寄存器也就是程序计数器。程序计数器有寄存信息和计数两种功能结构。
• 我们写的代码通过编译器生成可执行文件（01代码），存放在磁盘中，内存中的指令是通过加载磁盘中的可执行文件形成的。 

 

 计算机在执行这些指令的时候，只需要找到函数被编译之后的第一条指令就可以了，这就是入口函数。

 4、线程和进程的关系

 4.1、线程和进程的入口函数

进程的入口函数就是main方法， 线程诞生之前进程中就只有一个执行流。线程诞生之后进程之中会存在多个线程。这个时候每个线程就需要自己的入口函数。

 把CPU的PC寄存器指向线程的入口函数，这样线程就可以运行起来了，这就是为什么我们创建线程时必须指定一个入口函数的原因.

4.2、线程独享的资源

函数在别执行的时候产生的数据包括函数参数、局部变量、返回地址等信息，这些信息是保存在栈中的。操作系统要为每个线程在进程的地址空间中分配一个栈，即每个线程都有独属于自己的栈。

线程运行的本质其实就是函数的执行，函数的执行总有一个源头，这个源头就是所谓的入口函数。cpu从入口函数开始执行从而形成一个执行流。这个执行流就是线程。 

•  CPU执行指令的信息保存在程序计数器中，通过这个寄存器计算机就可以知道接下来执行那一条指令。由于多线程可以是并发进行的，所以一个线程在执行一段之后，可能会被停止，因此程序计数器需要保存下这个线程被执行都那个地方的信息，以便于下次要继续执行这个线程的时候，知道从哪里开始。
• 同时函数运行时需要额外的寄存器来保存一些信息，像部分局部变量之类。这些寄存器也是线程私有的，一个线程不可能访问到另一个线程的这类寄存器信息。
• 从上面的讨论中我们知道，到目前为止，所属线程的栈区、程序计数器、栈指针以及函数运行使用的寄存器是线程私有的。
• 以上这些信息有一个统一的名字，就是线程上下文（throead context）

 除此之外，剩下的都是线程间共享资源。

❗❗❗总结线程的私有资源 

具体来说，线程的私有资源有以下这些

1. 线程ID：每个线程都有字节唯一的ID，用于区分不同的线程
2. 寄存器组的值：当线程切换时，必须将原有的线程的寄存器集合的状态保存，以便重新切换时得以恢复。
3. 线程的堆栈：堆栈是保证线程独立运行所必须的
4. 错误返回码：由于同一进程中有很多线程同时运行，可能某个线程进行系统调用后设置了error值，而在该线程还没有处理这个错误，另一个线程就在此时被调度器投入运行，这样错误值就有可能别修改。所以，不同的线程应该拥有自己的错误返回码变量。
5. 线程优先级：线程调度的次序（并不是优先级大的一定先执行，优先级大只是最先执行的机会大。线程的优先级就像个CPU提一个建议的左右，采不采用有CPU决定）