Java EE 进程&线程

JavaEE 进程&线程

1. 进程

1.1 概念

什么是进程？

进程是操作系统对一个正在执行的程序的一种抽象

我们可以打开任务管理器，里面每个正在执行的程序就是一个进程:

注: 我们可以认为，程序 = 进程 (跑起来的程序) / 可执行文件(没有运行起来的程序)

而对于进程来说，它们在执行的过程中都需要消耗一定的硬件资源

结论：

• 进程是系统分配资源的基本单位

• 内存管理：每个进程的内存是彼此独立，互不干扰的。通常情况下，进程A不能直接访问进程B的内存，这种情况也称为进程独立性

• 进程间通信：虽然有进程的独立性，但有时候也需要多个进程相互配合完成某个工作，这个时候就要用到进程间通信。进程间通信和进程的“独立性”并不冲突，系统提供一些公共的空间(多个进程都能访问到的)，让两个进程借助这种公共空间来交互数据

1.2 进程管理

在操作系统中，进程管理可以分为两个步骤：

1. 先描述: 使用PCB将核心属性描述出来
2. 再组织: 使用一定的数据结构(在Linux中一般使用链表)，把对应进程的PCB串到一起

下面将对PCB进行具体解释~

1.3 PCB (Process Control Block)

PCB 是指操作系统中的进程控制块（Process Control Block），也称为任务控制块（Task Control Block）。每个正在运行或等待执行的进程都有一个对应的 PCB。

进程的一些重要信息就存储在PCB中：

• PID(Process ID)：进程的身份标识，系统会保证同一个机器上，在同一时刻每个进程的pid都是唯一的；

• 内存指针(Memory Pointers)：描述进程使用内存资源的详细情况，如哪里存放数据，哪里存放指令；

• 文件描述符表(File descriptor table)：描述进程使用了的硬盘的相关信息；

• 优先级(Process Priority)：表示进程的相对重要性或优先级。操作系统可以根据进程的优先级来进行调度，以决定哪个进程先执行；

• 进程状态(Process State)：记录进程当前的状态，如运行、就绪，阻塞(等待控制台输入)等。这是操作系统用于判断进程是否可以执行的关键信息；

• 进程调度(Process Scheduling)：针对每个进程占据了cpu多长时间进行一个统计，根据这个统计结果来进一步的调整调度的策略；

• 上下文(Context)：类似于存档与读档。其中保存上下文就是把CPU的关键寄存器中的数据保存到内存中(PCB的上下文属性中)，而恢复上下文就是把内存中的关键寄存器中的数据加载到CPU的对应寄存器中

PCB扮演着操作系统中的重要角色，通过保存和维护进程的状态和上下文信息，操作系统可以在进程之间进行切换和调度!!

2. 线程

引子：进程的使用能够解决“并发编程”的问题，但进程本身在进行频繁创建和销毁的时候，开销也比较大(开销主要体现在资源的申请和释放上)，而线程能够解决这个问题！

2.1 概念

什么是线程？

一个线程就是一个“执行流”，每个线程之间都可以按照顺序执行自己的代码，多个线程之间可以“同时”执行多份代码

线程也可以称为“轻量级进程”，在进程的基础上做出了改进，同时，线程在系统中的调度规则和进程是一样的，线程的PCB中也有状态、优先级、上下文、记账信息…

2.1 线程与进程的区别

• 进程是包含线程的，每个进程至少有一个线程存在，即主线程；

• 进程和进程之间不共享内存空间，而线程与线程之间共享一个内存空间；

  

  多个线程的PCB中的内存指针都指向同一个内存空间，这就意味着只有在创建第一个线程的时候需要从系统中分配资源，后续的线程就不必分配，直接共用前面分配的资源就可以，这大大降低了资源频繁申请释放带来的开销！

• 进程是系统分配资源的基本单位，线程是系统调度的基本单位；

• 进程与进程之间不会相互影响，一个进程挂了一般不会影响其它正在执行的进程，但线程不一样，一旦一个线程挂了很可能会把同个进程中的其它线程一起带走，导致整个进程一起崩溃；

• 因为共享同一个内存空间，同一个进程中的线程可能会相互干扰，从而造成线程安全问题；

• 线程也不是越多越好，线程太多调度开销也会很大

2.3 创建线程

创建线程有以下几种方式：

1. 继承Thread类

   • 先继承Thread来创建一个线程类

     class MyThread extends Thread {
         @Override
         public void run() {
             System.out.println("这里是线程运行的代码");
         }
     }
     

   • 创建MyThread类的实例

     Thread myThread = new MyThread();
     

   • 调用start方法启动线程

     myThread,start(); //线程开始运行
     

   从上述代码可以发现，我们并没有用对象.方法名的方式调用run方法，但却依旧能够执行run方法，关键就在于：

   • 线程在调用start()方法的时候才正式构建
   • run()方法相当于这个线程的入口方法，此处的run方法不需要我们手动调用，而会在线程创建好之后(即调用start方法后)被JVM自动调用执行

2. 实现Runnable接口

   • 实现Runnable接口

     class MyRunnable implements Runnable {
         @Override
         public void run() {
             System.out.println("这是线程运行的代码");
         }
     }
     

   • 创建Thread类实例，调用Thread的构造方法时将Runnable对象作为target参数

     Thread t = new Thread(new MyRunnable());
     

   • 调用start方法

     t.start(); //线程开始运行
     

3. 匿名内部类创建Thread子类对象

   package demo1;
   
   public class DemoThread3 {
       public static void main(String[] args) {
           Thread t1 = new Thread() {
               @Override
               public void run() {
                   System.out.println("使用匿名类创建Thread子类对象");
               }
           };
           t1.start();
       }
   }
   

4. 匿名内部类创建Runnable子类对象

   package demo1;
   
   public class DemoThread5 {
       public static void main(String[] args) {
   
           Thread t2 = new Thread(new Runnable() {
               @Override
               public void run() {
                   System.out.println("使用匿名类创建Runnable子类对象");
               }
           });
           t2.start();
       }
   }
   

5. 使用lambada表达式创建Runnable子类对象

   package demo1;
   
   public class DemoThread5 {
       public static void main(String[] args) {
           Thread t3 = new Thread(() -> {
               System.out.println("这里使用lambda表示式相当于实现Runnable接口并重写了run方法");
           });
           t3.start();
       }
   }
   

   
   因为lambda表达式写起来比较简洁，所以我们一般使用lambda表达式来创建线程。