多线程专栏一：提升程序性能的利器！
大家好，我是香香。
今天我们来聊一聊多线程。
多线程
有的小伙伴可能会觉得多线程是比较难以理解的一个点，那我们就先从最基础的开始讲起，更大！更细！更全！然而不可避免的就是篇幅会有点长，甚至开专栏讲解。
要了解
多线程之前我们要先知道什么是 线程，什么是 进程。
1. 那什么是线程和进程呢？
线程和进程是操作系统中的两个核心概念，用于实现程序的并发执行和资源管理。
进程（Process）：
进程是指计算机中正在运行的一个程序实例。每个进程都有自己独立的内存空间、数据栈和执行环境，可以包含多个线程。一个进程通过分配给它的计算机资源（如CPU、内存等）来执行任务。每个进程之间是相互独立的，它们不能直接访问彼此的内存空间。
进程的特点：
- 拥有独立的内存空间和执行环境
- 可以包含多个线程
- 进程之间相互独立，无法直接访问彼此的内存空间
- 进程的创建和销毁需要操作系统进行调度和资源管理
线程（Thread）：
线程是进程中的一个执行单元，是进程的实际执行者。一个进程可以包含多个线程，这些线程共享同一个进程的资源，如内存空间、文件句柄等。线程是 CPU 调度的基本单位，不同线程之间的切换开销较小。
线程的特点：
- 是进程中的执行单元
- 多个线程可以共享进程的资源
- 线程之间切换开销较小
- 线程的创建和销毁比进程更轻量级
区别：
- 资源管理：进程拥有独立的资源空间，而线程是共享进程的资源。不同进程之间无法直接访问彼此的内存空间，但线程可以访问同一进程中的共享内存。
- 创建和销毁开销：由于进程拥有独立的资源空间，所以创建和销毁进程的开销相对较大。而线程的创建和销毁则比进程更轻量级，开销较小。
- 执行能力：在多核处理器上，多个线程可以并行执行，从而提高程序的性能。而多个进程之间需要进行进程切换，开销较大，无法充分利用多核资源。
- 通信和同步：进程之间通信需要使用进程间通信机制（如管道、共享内存等），而线程之间可以通过共享内存进行通信。线程共享进程的资源，因此需要进行同步操作来避免竞争条件和数据不一致。
总结：
进程是系统中资源分配的基本单位，而线程是进程中执行任务的基本单位。进程之间独立，线程之间共享进程的资源。线程的创建和销毁开销小，执行能力强，但需要进行同步操作来确保数据的一致性。了解线程和进程的概念和区别，有助于合理利用资源，实现程序的并发执行和高效运行。
上面我们借助大篇幅了解了一下进程和线程是什么，以及它们的区别。知道了两者的概念之后，让我们重新聊回多线程。
2. 多线程是什么？
多线程是指在一个程序中同时执行多个线程的能力。线程是执行程序的最小单位，每个线程都有自己的执行路径和执行状态。在多线程编程中，可以将任务分为多个子任务，并在不同的线程中并发执行，从而提高程序的效率和性能。
多线程编程的核心概念包括线程创建、线程同步和线程通信。
- 线程创建是指创建和启动线程；
- 线程同步是指协调多个线程之间的执行顺序和访问共享资源的方式；
- 线程通信是指多个线程之间的信息交换和协作。
多线程是并发编程中的一个机制，它允许一个程序同时执行多个任务，从而大大提升效率。
怎么提升效率呢？
举个例子，比如说现在工厂流水线上只有一名工人小香，然后输送带每 30 秒输送一件货物；此时小香的工作效率为 1件/30s。这个时候老板过来了，老板说这不行啊，你这样搞我还怎么赚钱，我还怎么换新车？！于是老板痛下决心！新购 6 台输送台，然后第 0 秒的时候第一台启动，第 5 秒时第二台启动…这下原本小香 30s 只需要搬运一件货物，现在可以搬运 6 件；老板欣慰的笑了！
多线程创建流程概念：
创建线程：
在 Java 中，可以通过继承 Thread 类或实现 Runnable 接口来创建新的线程。 继承 Thread 类需要重写 run() 方法，在 run() 方法中定义线程要执行的任务。 实现 Runnable 接口同样需要实现 run() 方法，并将实现了该接口的对象传递给 Thread 类的构造函数。
启动线程：
创建线程对象后，可以通过调用 start() 方法启动线程，start() 方法会在新线程中调用 run() 方法执行任务。
线程生命周期：
线程在 Java 中具有多种状态，例如新建状态、就绪状态、运行状态、阻塞状态和死亡状态等。 线程会根据不同的情况在这些状态之间转换，比如因为调用 sleep() 方法而进入阻塞状态，或者因为执行完 run() 方法而进入死亡状态等。
线程同步与通信：
多个线程访问共享资源时可能导致数据不一致性和竞争条件问题，Java提供了 synchronized 关键字和锁机制来实现线程同步。
此外，Java 还提供了 wait()、notify() 和 notifyAll() 等方法来实现线程间的通信和协调。
ps: 这些方法的具体讲解会在后续的专栏中提及。
线程池： 为了更好地管理线程，Java 提供了 ThreadPoolExecutor 等线程池类，可以方便地管理和复用线程，提高线程的利用率。
3. 多线程的使用方法
在 Java 中，多线程的使用主要涉及两个核心类：Thread 和 Runnable。
-
Thread 类是 Java 提供的一个线程类，它封装了线程的属性和行为；
-
Runnable 接口则定义了一个线程的任务，通过实现该接口并传入 Thread 类中，可以实现线程的执行逻辑。
下面是使用继承 Thread 类和实现 Runnable 接口两种方式创建多线程的示例代码：
- 继承 Thread 类：
/**
@Author: Coderxinang
**/
class MyThread extends Thread {
public void run() {
// 定义线程的任务逻辑
// ...
}
}
public class Main {
public static void main(String[] args) {
MyThread thread = new MyThread();
thread.start(); // 启动线程
}
}
- 实现 Runnable 接口：
/**
@Author: Coderxinang
**/
class MyRunnable implements Runnable {
public void run() {
// 定义线程的任务逻辑
// ...
}
}
public class Main {
public static void main(String[] args) {
MyRunnable runnable = new MyRunnable();
Thread thread = new Thread(runnable);
thread.start(); // 启动线程
}
}
3. 多线程的使用场景
多线程技术可以应用于各种场景，其中包括并发处理、资源共享和响应性能要求等。
-
并发处理：当程序需要同时处理多个任务时，可以使用多线程来提高处理效率。例如，服务器端的并发请求处理、大数据处理等场景。 -
资源共享：多线程可以实现对共享资源的并发访问，提高资源利用率。例如，数据库连接池的管理、文件读写操作等。 -
响应性能要求：在一些对响应速度有严格要求的场景下，多线程可以提高程序的响应速度，增强用户体验。例如，Web 服务器的请求响应、游戏开发中的图形渲染等。
4. 为什么使用多线程？
使用多线程有以下几个优势：
-
提高程序性能：多线程能够充分利用多核资源，实现并行处理，从而提高程序的运行速度和并发处理能力。 -
提高资源利用率：多线程可以实现对共享资源的并发访问，避免资源的浪费和冲突。 -
增强用户体验：多线程能够提高程序的响应速度，减少用户的等待时间，提升用户体验度。 -
实现异步编程：多线程可以实现程序的异步执行，提高程序的灵活性和效率。
总结：Java 多线程技术是提升程序性能的重要工具。通过合理地使用多线程，我们可以充分发挥计算机的多核优势，提高程序的运行效率和并发处理能力。无论是在服务器端的并发处理，还是在响应性能要求较高的场景中，多线程都能够给我们带来明显的好处。因此，掌握多线程技术成为了Java程序员必备的技能之一。
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