Java中的多线程很难？【扫盲研报】

【前言】Java中的多线程确实很难，我认为是JavaWeb开发过程中最难的一个知识点，我以前也是感觉学会了，但是真正有多线程的需求却不知道怎么下手，实际上还是对多线程这块知识了解不深刻，不知道多线程api的应用场景，不知道多线程的运行流程等等。话不多说，我们直接上干货，篇幅有点长，小伙伴们坐稳了~

进程与线程

进程：

• 当一个程序被运行，就开启了一个进程， 比如启动了qq，word
• 程序由指令和数据组成，指令要运行，数据要加载，指令被cpu加载运行，数据被加载到内存，指令运行时可由cpu调度硬盘、网络等设备

线程：

• 一个进程内可分为多个线程
• 一个线程就是一个指令流，cpu调度的最小单位，由cpu一条一条执行指令

多线程：

•  指的是这个程序（一个进程）运行时产生了不止一个线程

并行与并发

并发：通过cpu调度算法，让用户看上去同时执行，实际上从cpu操作层面不是真正的同时。并发往往在场景中有公用的资源，那么针对这个公用的资源往往产生瓶颈，我们会用TPS或者QPS来反应这个系统的处理能力。

并行：多个cpu实例或者多台机器同时执行一段处理逻辑，是真正的同时。

 

 为什么需要使用多线程?

多线程能实现的都可以用单线程来完成，那单线程运行的好好的，为什么java要引入多线程的概念呢？

多线程的好处：

1. 程序运行的更快！更快~就意味着可以压榨计算机的性能！
2. 充分利用cpu资源，目前几乎没有线上的cpu是单核的，发挥多核cpu强大的能力！

 为什么很多人都觉得多线程很难，那么它难在哪里呢？

个人认为：单线程只有一条执行线，过程容易理解，可以在大脑中清晰的勾勒出代码的执行流程

多线程却是多条线，而且一般多条线之间有交互（多条线之间需要通信），所以总结了以下几个点：

1:  多线程的安全问题

2：线程资源宝贵，依赖线程池操作线程，线程池的参数设置问题

3：多线程执行是动态的，同时的,难以追踪过程

【java多线程的基本使用】定义任务、创建和运行线程

任务：线程的执行体。也就是我们的核心代码逻辑

定义任务

1. 继承Thread类 （可以说是 将任务和线程合并在一起）
2. 实现Runnable接口 （可以说是 将任务和线程分开了）
3. 实现Callable接口 (利用FutureTask执行任务)

Thread实现任务的局限性

1. 任务逻辑写在Thread类的run方法中，有单继承的局限性
2. 创建多线程时，每个任务有成员变量时不共享，必须加static才能做到共享

Runnable和Callable解决了Thread的局限性，但是Runbale相比Callable有以下的局限性

1. 任务没有返回值
2. 任务无法抛异常给调用方

 几种定义线程的方式，案例如下：

class T extends Thread {
    @Override
    public void run() {
        log.info("继承Thread的任务");
    }
}

class R implements Runnable {
    @Override
    public void run() {
        log.info("实现Runnable的任务");
    }
}

class C implements Callable {
    @Override
    public String call() throws Exception {
        log.info("实现Callable的任务");
        return "成功";
    }
}

创建线程的方式

1. 通过Thread类直接创建线程
2. 利用线程池内部创建线程

启动线程的方式

• 调用线程的start()方法

// 启动继承Thread类的任务
new T().start();


// 启动继承Thread匿名内部类的任务 可用lambda优化
Thread t = new Thread(){
  @Override
  public void run() {
    log.info("我是Thread匿名内部类的任务");
  }
};


//  启动实现Runnable接口的任务
new Thread(new R()).start();


//  启动实现Runnable匿名实现类的任务
new Thread(new Runnable() {
    @Override
    public void run() {
        log.info("我是Runnable匿名内部类的任务");
    }
}).start();


//  启动实现Runnable的lambda简化后的任务
new Thread(() -> log.info("我是Runnable的lambda简化后的任务")).start();


// 启动实现了Callable接口的任务 结合FutureTask 可以获取线程执行的结果
FutureTask target = new FutureTask<>(new C());
new Thread(target).start();
log.info(target.get());

【上下文切换】

多核cpu下，多线程是并行工作的，如果线程数多，单个核又会并发的调度线程,运行时会有上下文切换的概念

cpu执行线程的任务时，会为线程分配时间片，以下几种情况会发生上下文切换。

1. 线程的cpu时间片用完
2. 垃圾回收
3. 线程自己调用了 sleep、yield、wait、join、park、synchronized、lock 等方法

当发生上下文切换时，操作系统会保存当前线程的状态，并恢复另一个线程的状态,jvm中有块内存地址叫程序计数器，用于记录线程执行到哪一行代码,是线程私有的。

线程的礼让-yield()&线程的优先级

yield()方法会让运行中的线程切换到就绪状态，重新争抢cpu的时间片，争抢时是否获取到时间片看cpu的分配。

代码如下

// 方法的定义
public static native void yield();

Runnable r1 = () -> {
    int count = 0;
    for (;;){
       log.info("---- 1>" + count++);
    }
};
Runnable r2 = () -> {
    int count = 0;
    for (;;){
        Thread.yield();
        log.info("            ---- 2>" + count++);
    }
};
Thread t1 = new Thread(r1,"t1");
Thread t2 = new Thread(r2,"t2");
t1.start();
t2.start();

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