初始计算机操作系统——进程与线程，多线程以及Thread类的创建和属性

目录

通过前半篇文章需要了解 

1.进程（process/task）：运行起来的可执行文件。

为啥要有进程？

如何解决这个问题？

 （1）进程池：

 （2）使用线程：

为啥线程比进程更轻量？

2.线程：线程是进程内的一部分......进程包含线程。

进程与线程之间的区别与联系：

3.操作系统如何管理进程？

4.注：

5.PCB中的一些基本属性

6.进程之间的通信 

7. Java 的线程 和 操作系统线程 的关系

8.Thread类

继承thread类并且重写run方法

实现Runnable接口 

匿名内部类，继承Thread

匿名内部类，实现Runnable

使用Lambda表达式 

Thread中的常见属性 

Thread 的几个基本属性

isDaemon()是否后台线程

isAlive() 是否存活

isInterrupted() 是否被中断

等待线程（join）

获取当前线程的引用

线程的休眠sleep

start和run的区别

9.明天 

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通过前半篇文章需要了解 

1.进程是啥？

2.进程时如何进行管理的？描述+组织

3.进程的PCB里有啥？

4.进程的调度咋进行？时间管理大师~ 

5.进程的独立性是咋回事？

6.进程之间如何进行通信？

7.进程和线程的区别和练习

操作系统居然是搞管理的软件，对上，要管理好各种硬件设备，对下，要对各种软件提供稳定的运行环境。

1.进程（process/task）：运行起来的可执行文件。

为啥要有进程？

我们的系统支持多任务，程序员就需要并发编程。

通过多进程是完全可以实现并发编程的 

如果频繁的创建/销毁进程（创建进程就需要给进程分配资源1.内存,2.文件(对于资源的申请和释放本身就是一个比较低效的过程)），这件事情成本是比较高的如果需要频繁的调度进程，这件事成本也是比较高的，

如何解决这个问题？

 （1）进程池：

虽然可以解决上述问题，提高效率，同时也有问题。即使不使用，也在消耗系统资源，消耗的系统资源太多

 （2）使用线程：

线程比进程更轻量，每个进程能够执行一个任务，每个线程也能执行一个任务（执行一段代码），也能够并发编程。创建线程的成本比创建进程的成本低很多，销毁线程的成本比销毁进程低很多，调度线程的成本比调度进程低很多。在Linux上也把线程称为轻量级进程。

为啥线程比进程更轻量？

进程重在资源申请与释放，线程是包含在进程中的，一个进程中包含多个线程，共同用同一份资源（同一份内存+文件），只是在创建进程的第一个线程的时候（由于要分配资源，成本是相对高的）。后序这个进程再创建其他进程的时候，成本都是要更低一些。（不必再分配资源了）。

但是多加线程，效率并不一定会高，当线程多了，这些线程可能会竞争同一个资源，整体的速度就会受到限制。

2.线程：线程是进程内的一部分......进程包含线程。

一个线程就是一个 "执行流 ". 每个线程之间都可以按照顺讯执行自己的代码 . 多个线程之间 " 同时 " 执行 着多份代码.

对于java代码来说，最终都是通过java进程（jvm）跑起来的。

进程与线程之间的区别与联系：

1.进程包含线程，一个进程之间可以有一个线程，也可以有多个线程；

2.进程和线程都是为了处理并发编程这样的场景；

但是进程在频繁创建和释放资源以及调度效率低，开销大。相比之下，线程更轻量，创建和释放的效率更高（为啥更轻量，为了申请释放资源的过程）

3.操作系统创建进程，要给进程分配资源，进程是操作系统资源分配（系统分配资源如：内存，文件资源）的基本单位，

操作系统创建的线程，是要在CPU上调度执行，线程是操作系统调度执行的基本单位（CPU），(一个线程就是一个pcb)

4.进程有独立性，每个进程有独自的虚拟地址空间，一个进程挂了不会影响其他进程；

同一个进程中的多个线程，共同用同一个内存空间，一个线程挂了，可能会影响其他线程

（同一个进程中的若干线程之间，共享着内存，资源，文件描述符表， 每一个线程被调度执行都有自己的状态，上下文，记账信息）； 

3.操作系统如何管理进程？

(1)先描述一个进程（明 确出一个进程上面的相关属性）；里面主要通过C/C++实现，操作系统中描述进程的这个结构体，称为PCB；

(2)再组织若干个进程（使用一些数据结构，把很多描述进程的信息放在一起，方便增删查改--eg:linux通过PCB通过双向链表将每个进程的PCB串起来）；

4.注：

"创建进程"：先创建出PCB，然后把PCB加到双向链表中；

"销毁进程"：找到链表中的PCB，并且从链表中删除；

"查看任务管理器"：遍历链表；

5.PCB中的一些基本属性

pid(进程id): 进程的身份标识~进程的身份账号；

内存指针：知名这个进程要执行的代码/指令在内存的哪里，以及这个进程执行中依赖的数据在哪。当运行一个exe，操作熊会把这个exe加载到内存中，变成进程。内存中包含了进程要执行的二进制指令（通过编译器生成），除了指令之外还有一些数据。

文件描述符表：程序运行过程中，经常要和文件打交道，文件是在硬盘上的。

进程每次打开一个文件，就会再文件描述表上多增加一项；这个文件描述表就可以视为一个数组，里面的每个元素又是一个结构体，就对应一个文件的相关信息。

一个进程只要一启动，不管代码中是否写了打开/操作文件的代码，都会默认打开三个文件（系统自动打开的，分别是：标准输入System.in,标准输出System.out,标准错误Systmp.err）;

这个文件描述符表的下标，就被称为文件描述符。

要想让一个进程正常工作就得给他分配资源：如内存，硬盘，CPU；

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上面的属性是一些基础属性，下面的属性主要是为了能够实现进程调度（是理解进程管理的重要话题）。（现在的操作系统一般是"多任务操作系统"）

进程调度：系统上任务的数量（进程的数量）很多，但CPU核数有限。

并行：微观上，两个CPU核心，同时执行两个任务的代码；

并发：微观上，一个CPU核心，先执行一会任务1，在执行一会任务2......再继续执行任务1，只要切换足够快，宏观上看起来，就好像多任务在同时执行......

实际上通常使用并发来代指并行+并发，只在研究操作系统稍作区分。

所谓"调度"就是“时间管理”， 在并发过程中，规划时间表的过程，就是调度的过程。

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状态：描述了当前这个进程接下来应该如何 调度；

就绪状态：随时可以去CPU上执行；

阻塞状态/睡眠状态：暂时不可以去CPU上执行；

优先级：先给谁分配时间，后给谁分配时间，以及给谁分的多，给谁分的少

上下文： 示了上次进程被调度出CPU时，当时程序的执行状态，下次进CPU就可以恢复之前的状态，然后继续向下执行。

进程被调度出CPU之前，要先把CPU中所有的寄存器中的始数据都保存在内存中（PCB当中的上下文字段中）相当于存档；

下次进程在被调度上CPU的时候就可以从刚才的内存中回复这些数据到寄存器中，相当于读档， 存档+读档~，就称为上下文；

记账信息：统计了每个进程，都分别被执行了多久，分别执行了那些指令，分别排队等了多久.......给进程的调度提供了指导依据

6.进程之间的通信 

早期的操作系统，里面的进程都是访问同一个内存的地址空间，如果有一个进程出现bug，把内存的数据写错了，就可能引起其他进程崩溃。(如果将进程按照虚拟地址空间的方式划分出很多分，这时候虽然系统中有百八十个进程，但实际上从微观上看，同时执行的进程就6个)

因此 ，现在的操作系统就是“进程的独立性”来保证的，就依仗了"虚拟地址空间"（进程之间现在通过"虚拟地址空间"隔开，但是在实际工作中，进程有的时候还是需要交互的）；

两个进程之间，也是隔离开来的，也是不能直接交互的，操作系统也是提供了类似的”公共空间“，进程A就可以把数据放在公共空间上，进程B再取走。

进程间通信！操作系统中也提供了多种进程间通信机制。常用的1.文件操作；2.网络操作（socket）；

7. Java 的线程 和 操作系统线程 的关系

线程是操作系统中的概念 . 操作系统内核实现了线程这样的机制 , 并且对用户层提供了一些 API 供用户使 用( 例如 Linux 的 pthread 库 ).

Java 标准库中 Thread 类可以视为是对操作系统提供的 API 进行了进一步的抽象和封装 .

8.Thread类

Java进行多线程编程 ，在Java标准库中就提供了Thread类，表示/操作线程 ；

Thread类也可以视为Java标准库提供的API ;

创建好的thread实例，和操作线程中的线程是一一对应的关系 ；

操作系统提供了一组关于线程的API，Java对这组API进一步封装就成了thread类；

可以通过jdk自带的工具jconsole查看当前Java进程中所有线程；

继承thread类并且重写run方法

class Mythread extends Thread{
    @Override
    public void run() {//当run方法执行完毕，新的这个线程自然销毁；
        super.run();
        System.out.println("hello thread");
        //run方法里的逻辑是在新创建出来的线程里被执行的代码
        //‘分配活‘
        //这里的创建线程都是在同一个进程内部创建的
    }
}
public class Demo1 {
    public static void main(String[] args) {
        Thread t=new Mythread();
        t.start();
        //start里面没有调用run，start是创建了一个新的线程，新的线程负责执行run方法；
        //新的线程就是调用操作系统的API，通过操作系统内核创建新线程的PCB，并且把要执行的指令交给这个PCB，
        //当PCB被调度到CPU上执行的时候，也就到了线程run方法中的代码了

        //操作系统调度线程的时候是抢占式执行的

    }
}//new thread()并不是创建线程，说的线程是系统内核里的PCB；
//调用start才是创建pcb（真正的线程）
//一个线程对应一个pcb；
//同一个进程中PCB的pid相同，不同进程的pid是不同的
//PCB不是一个简称，PCB是一个数据结构，体现的是进程或者线程是如何实现的，如何被描述出来的

实现Runnable接口 

//Runnable是描述一个“要执行的任务”，run方法就是任务的执行细节
class MyRunnable implements Runnable{
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("hello");
    }
}
public class Demo3 {
   

    public static void main(String[] args) {
        //这只是描述了这个任务
        Runnable runnable=new MyRunnable();
        //把任务交给线程来执行
        Thread t=new Thread(runnable);
        t.start();
   
    }
}

解耦合，就是为了让线程和进程干的活分离开 

匿名内部类，继承Thread

    public static void main(String[] args) {
        Thread t=new Thread(()->{
            System.out.println("hello");
        });
        t.start();
    }

匿名内部类，实现Runnable

   public static void main(String[] args) {
        Thread t=new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                System.out.println("hello");
            }
        });
        t.start();
    }

使用Lambda表达式 

    public static void main(String[] args) {
        Thread t=new Thread(()->{
            System.out.println("hello");
        });
        t.start();
    }

Thread中的常见属性 

 

 

Thread 的几个基本属性

getId() Id  ID 是线程的唯一标识，不同线程不会重复

getName()名称

getState()状态

getPriority()优先级

isDaemon()是否后台线程

是否是守护线程//

前台进程会阻止进程结束，前台进程工作没完，进程是完不了的；

后台进程不会阻止进程的结束，后台线程工作没完，进程也是可以结束的；

代码中手动创建的线程，默认都是前台的；包括main也是的其他jvm自带的线程都是后台的；

也可以 使用setDeamon设置成后台线程（守护线程）(被设置的这个线程就与t无关了) ， 

关于后台线程，需要记住一点： JVM 会在一个进程的所有非后台线程结束后，才会结束运行

是否存活，即简单的理解，为 run 方法是否运行结束了

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isAlive() 是否存活

就是判断是否真的有线程，

调用start后，才会在内核创建一个PCB,此时的一个PCB才表示一个真正的线程，此时isAlive()才是true;

另外，如果内核把线程把run干完了，此时线程销毁，pcb随之销毁，但是Thread t这个对象不一定释放 此时isAlive()还是false;

t神魔时候不在了？当引用不指向这个对象，被GC回收；

run方法在执行的时候 isAlive ()->true;

执行完->false

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isInterrupted() 是否被中断

中断一个线程，不是让线程立刻停止，而是通知线程需要停止了，是否真的停止，取决于具体代码的书写方式；

为true，表示被终止；

为false,表示为被终止；

1.自定义方式

缺点就是不能及时响应，尤其是在sleep休眠的时候比较久的情况

//使用标志 
public static boolean flg=true;
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        
        Thread t=new Thread(()->{
            while(flg){
                System.out.println("hello thread");
            }
            try{
                Thread.sleep(1000);

            } catch (InterruptedException e) {
                throw new RuntimeException(e);
            }
        });
        t.start();
        Thread.sleep(3000);
        flg=false;
    }

2.使用Thread自带的标志位

这种的是可以唤醒sleep的

使用 Thread.interrupted() 或者 Thread.currentThread().isInterrupted() 代替自定

义标志位.

(Thread.currentThread()是Thread的静态方法，通过这个对象可以获取到当前的线程，哪个方法调用线程，得到的就是哪个线程对象的调用)

Thread 内部包含了一个 boolean 类型的变量作为线程是否被中断的标记 .

在main中调用t.interrupted(),就相当于main通知t要终止了；

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread t=new Thread(()->{
            while(!Thread.currentThread().isInterrupted()){
                System.out.println("hello thread");
                try{
                    Thread.sleep(1000);
                } catch (InterruptedException e) {
                     e.printStackTrace();
                }
            }
        });
        t.start();
        Thread.sleep(3000);
        t.interrupt();//把boolean操作封装到Thread的方法里了
    }

如果线程在sleep中休眠 ，此时调用interrupt会把t唤醒 ，从sleep中提前返回 ；

interrupt会做两件事情 ，

1.把线程内部的标志位设置成true;

2.如果线程在进行sleep ，就会触发异常，把sleep唤醒；

但是sleep在唤醒的时候 ，还会把刚才设置的标志位再设置回false（清空标志位）；

像wait,join这样的造成代码暂停的方法都会有类似的清除标志位的设定

所以这个时候执行 ，还可能会导致sleep中被interrupted之后 ，还会继续执行，即线程t忽略了终止请求；

在catch里面可以加上break（也可以根据需求添加sleep）/catch里面改成throw new RuntimeException(e);让线程t立即相应你的终止请求

so , 唤醒之后到底让线程立即终止还是稍后 ，就把选择权交给程序员自己了 。

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为啥不涉及成A让B终止 ，B就终止呢 ？ A,B之间是并发执行的，随即调度的 ，导致B这个线程执行到哪了，A都是不清楚的 。

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等待线程（join）

线程是一个随机调度的过程，等待线程就是控制两个线程之间的结束顺序 。

public class demo5 {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread t=new Thread(()->{
            for (int i = 0; i < 3; i++) {
                System.out.println("hello thread");
                try {
                    Thread.sleep(1000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    throw new RuntimeException(e);
                }
            }

        });
        t.start();
        System.out.println("join之前");
        t.join();
        //这里的join是让main等待t执行结束；（等待t的run执行完）
        //本身执行完start之后，t线程和main线程就并发执行，分头执行main继续向下执行，t也继续向下执行就会发生阻塞block
        //一直阻塞到t线程执行完，main才能从join里面恢复过来
        //必然是t先结束
        System.out.println("join之后");
    }
}

——> main线程中的打印“join之前”执行，遇到join，等待t线程执行完后才执行后续的；

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如果执行join的时候 ，t 已经结束了，join 就不会阻塞 ，立即返回 ；

 so，有 join 也不一定必须得等待 ；

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获取当前线程的引用

public static Thread currentThread();

返回当前线程对象的引用

public class ThreadDemo {
    public static void main(String[] args) {
        Thread thread = Thread.currentThread();
        System.out.println(thread.getName());
   }
}

线程的休眠sleep

1.原本链表中的PCB都是随叫随到的“就绪状态”；

2.线程A调用sleep， A就会进入休眠状态，把A从上述链表拎出来，放到另一个链表上，这个链表的PCB都是“阻塞状态”，暂时不参与CPU的调度执行。

pcb是使用链表来组织的（并不具体）

3.操作系统每次需要调度一个线程去执行，就是从就绪队列中选一个就好

一旦线程进入阻塞状态，对应的PCB就进入阻塞队列，就暂时无法参与调度了

eg: 调用sleep(1000) , 对应的线程PCB就要再阻塞队列中待1000ms ，当PCB回到了就绪队列，会被立即调度吗？

虽然sleep(1000），考虑到调度的开销，对应的线程是无法在唤醒之后立即被执行的，实际的时间大概率要大于1000ms的 。

start和run的区别

start是真正创建了一个线程，线程是独立的执行流；

run只是描述了要干什莫活，如果直接在main中调用run,此时没有创建新的线程，全是main在干活 

9.明天 

学线程的状态以及多线程带来的风险（线程安全）。