Java - 多进程编程（对比线程、API 操作）

目录

一、多进程编程

1.1、为什么要使用多进程编程

1.2、Java 中多进程编程的实现

1.2.1、前言

1.2.2、进程创建

1.2.3、进程等待

1.2.4、封装操作到一个工具类中

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一、多进程编程

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1.1、为什么要使用多进程编程

一个 .exe 文件执行以后，就会变成一个进程. 

多进程的由来：为了解决某些大型复杂问题，就需要把一个很大的任务，拆分成一个小的任务，进一步的，就需要使用 “多进程编程”，也就是床技安多个进程，每个进程分别负责其中一部分任务.  与此同时，也带来一个问题——“进程的 创建/销毁，比较重量（低效）”.

线程的由来：引入了线程，相比于 进程的 创建/销毁 更加高效，因此 Java 圈子中，大部分并发编程都是通过多线程的方式来实现.

什么情况下要使用多进程编程呢？

进程相比于线程最大的优势就是：进程的 “独立性”.

• 多线程劣势：一个操作系统上，同一时刻一个进程中运行着多个线程（共用一个地址空间），某个线程挂了，就可能把整个线程带走；
• 多进程优势：一个操作系统上，同一时刻运行着很多进程，由于不同的进程有各自的地址空间，那么即使某一个进程挂了，也不会影响到其他进程.

比如在一个 OJ 系统中，用户提交的代码就是一个独立的逻辑，整个逻辑就需要使用多进程的方式来执行.  因为用户的代码很有可能是存在问题的（一运行就崩溃），使用多线程就很有可能导致用户代码直接把整个服务器进程搞挂.

1.2、Java 中多进程编程的实现

1.2.1、前言

在操作系统的角度上（例如 Linux），提供了很多和多线程编程相关的接口，例如 进程创建、进程终止、进程等待、进程程序替换、进程间通讯.

但是在 Java 中对这些操作进行了限制，最终只提供了两个操作：进程创建 和 进程等待.

1.2.2、进程创建

通过 Runtime 实例中的 exec 方法（参数是一个字符串，相当于在 cmd 中输入了一个对应的指令）就可以创建出一个进程， 被创建出来的进程称为 “子进程”，创建子进程的进程称为 “父进程”.  咱们的服务器进程就相当于父进程，它可以有多个子进程，但是一个子进程只能有一个父进程.

一个进程在启动的时候，就会自动以下打开三个文件：

1. 标准输入：对应到键盘.
2. 标准输出：对应到显示器，用来正确的输出.
3. 标准错误：对应到显示器，用来展示错误输出.

Ps：在 IDEA 中式看不到子进程的输出的，想要获取，可以手动获取.

例如，创建一个子进程运行 javac 命令，通过输入输出流，将子进程的 标准输出 和 错误输出 写到对应文件中. 

    public static void main(String[] args) throws IOException, InterruptedException {
        //Runtime 再 JVM 中是一个单例
        Runtime runtime = Runtime.getRuntime();
        //Process 就表示进程
        Process process = runtime.exec("javac");

        //获取子进程的标准输出和标准错误，并写道两个文件中
        //1.标准hou出
        //1) 通过 标准输入流 将子进程的标准输出读出来，写入到 stdout.txt 文件中
        InputStream stdoutFrom = process.getInputStream();
        FileOutputStream stdoutTo = new FileOutputStream("stdout.txt");
        while(true) {
            int ch = stdoutFrom.read();
            if(ch == -1) { //读到 EOF 为止(EOF 就是 -1)
                break;
            }
            stdoutTo.write(ch);
        }
        //2) 释放文件描述符
        stdoutFrom.close();
        stdoutTo.close();

        //2.标准错误
        //2) 通过标准输入流 将子进程的标准错误读出来，写入到 stderr.txt
        InputStream stderrFrom = process.getErrorStream();
        FileOutputStream stderrTo = new FileOutputStream("stderr.txt");
        while(true) {
            int ch = stderrFrom.read();
            if(ch == -1) {
                break;
            }
            stderrTo.write(ch);
        }
        //2) 释放文件描述符
        stderrFrom.close();
        stderrTo.close();

    }

运行后可以看到生成如下两个文件：

由于这里我只是单纯的输入 javac 命令（没有指定编译的 jar 包），因此是一个错误命令，那么就可以在 标准错误 中看到如下信息：

Ps：javac 往控制台输出的命令，再 windows 简体中文版系统中，默认是 gbk 编码，idea 默认式 utf8，打开后可能会乱码，因此只需要再 idea 提示中，通过 gbk 重新加载即可.

在 cmd 中输入 javac 也是一样的结果：

1.2.3、进程等待

在某些场景中，我们希望父进程等待子进程执行完毕以后，再执行后续的代码. 

例如，OJ 系统就需要让用户提交代码，然后编译执行代码，再把执行结果的响应返回给用户.

具体实现如下：

通过 Process 类中的 waitFor 方法实现进程等待，父进程执行到 waitFor 的时候就会阻塞，知道子进程执行完毕为止（类似 Thread.join）. 最后会返回一个退出码，表示子进程执行结果是否 ok，正常退出就返回 0，异常退出（子进程执行过程中抛异常了）就非0.

        //进程等待
        int exitCode = process.waitFor();
        System.out.println(exitCode);

1.2.4、封装操作到一个工具类中

通常，我们会将进程创建和等待封装到一个工具类中去使用.

public class CommandUtil {

    /**
     * @param cmd 进程要执行的命令
     * @param stdout 标准输出文件名 + 后缀
     * @param stderr 标准错误文件名 + 后缀
     * @return 进程等待后返回的状态码
     */
    public static int run(String cmd, String stdout, String stderr) {
        try {
            //1.获取 Runtime 实例，执行 exec 方法
            Runtime runtime = Runtime.getRuntime();
            Process process = runtime.exec(cmd);
            //2.获取 标准输出
            if(stdout != null) {
                InputStream stdoutFrom = process.getInputStream();
                FileOutputStream stdoutTo = new FileOutputStream(stdout);
                while(true) {
                    int read = stdoutFrom.read();
                    if(read == -1) {
                        break;
                    }
                    stdoutTo.write(read);
                }
                stdoutFrom.close();
                stdoutTo.close();
            }
            //3.获取 标准错误
            if(stderr != null) {
                InputStream stderrFrom = process.getErrorStream();
                FileOutputStream stderrTo = new FileOutputStream(stderr);
                while(true) {
                    int read = stderrFrom.read();
                    if(read == -1) {
                        break;
                    }
                    stderrTo.write(read);
                }
                stderrFrom.close();
                stderrTo.close();
            }
            //4.进程等待
            return process.waitFor();
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
        //返回异常的状态码
        return 1;
    }

    //测试
    public static void main(String[] args) {
        int result = run("javac", "stdout.txt", "stderr.txt");
        System.out.println(result);
    }

}