《Java并发编程实践》学习笔记之一：基础知识

《Java并发编程实践》学习笔记之一：基础知识

1、程序与进程

1.1 程序与进程的概念

（1）程序：一组有序的静态指令，是一种静态概念；
（2）进程：是一种活动，它是由一个动作序列组成，每个动作是在某个数据集上执行一段程序，整个活动的结果是提供一种系统或用户功能。

1.2 进程与程序的区别

（1）进程是程序的一次运行活动，属于一种动态的概念。进程是执行程序的动态过程，而程序是进程运行的静态文本。
（2）一个进程可以执行一个或多个程序。当然，同一程序也可能由多个进程同时执行。
（3）程序可以作为一种软件资源长期保存着，而进程则是一次执行过程。

1.3 进程的结构

在 UNIX 或者 Linux 中， 进程是通过 FORK 系统调用被创建的。 在调用了 FORK 之后，父进程可以和子进程并行。父进程还可以创建多个子进程，也就是说，在同一时刻，一个父进程可以有多个正在运行的子进程。子进程也可以执行 FORK 调用。这样就可以在系统中生成一个进程树。

进程通常由三部分组成。一部分是程序，一部分数据集合，另一部分被称为进程控制块(ProcessControlBlock,简记PCB)。
进程的程序部分描述了进程所要完成的功能。数据集合部分则有两方面的内容，即程序运行时所需要的数据部分和工作区。如果一个程序能为多个进程同时共享执行，它是进程执行时不可修改的部分。而数据集合部分则通常为一个进程独占，为进程的可修改部分。程序和数据集合是进程存在的物质基础，是进程的实体。
进程控制块有时也称为进程描述块，它包含了进程的描述信息和控制信息，是进程动态特性的集中反映。

总之， 每个进程基本上有自己独立的代码和数据空间， 独立的程序计数器等上下文环境，进程切换的开销是比较大的。

2、线程

进程具备并发性的特点，这种并发性是不同的进程之间反映出来的，不同的进程有不同进程空间，进程之间的切换消耗比较大。那么就考虑到引入线程的概念，在进程的内部引入并发性，一个进程可以创建多个线程，线程之间具备并发性。不同的线程之间可以共享进程的地址空间和数据。

一般的讲， 线程是一个程序， 或者进程内部的一个顺序控制流。 线程本身不能独立运行，必须在进程中执行，使用进程的地址空间。每个线程有自己单独的程序计数器。

2.1 多线程的优势（相比多进程）

创建进程的高消耗（每个进程都有独立的数据和代码空间），进程之间通信的不方便（消息机制），进程切换的时间太长。

然而线程的切换也是需要时间的。对于单CPU，采用多线程不会提高程序的执行速度，反而会降低速度，但是对于用户来说，可以减少用户的响应时间。而对于多CPU或者 CPU 采用超线程技术的话，采用多线程技术还是会提高程序的执行速度的。

进程内的同一类线程可以共享代码和数据空间，每个线程有独立的运行栈和程序计数器，切换的开销比较小，灵活性高。在支持超线程和多核的 CPU 上，多线程能够并发或者并行执行，可以在同一时间段内完成不同的任务，或者加快程序的执行。同一进程内的多个线程，调度比较灵活，可以相互协调和协作共同完成特定任务。

2.2 Java创建多线程

Java 定义了一个线程的概念模型，把一个线程分为三部分：虚拟 CPU（java.lang.Thread类），虚拟 CPU执行的代码和数据。创建一个Thread对象就意味着创建了一个线程。

创建线程的方法就总结了，可以参考Polaris的《第一篇 多线程的使用——Thread类和Runnable接口》。

根据Java线程的概念模型，继承Thread方式会将虚拟CPU和代码混合在一起，而Runnable方式将它们分开。

2.3 线程池

线程有时称为轻量级进程。与进程一样，它们拥有通过程序运行的独立的并发路径，并且每个线程都有自己的程序计数器，称为堆栈和本地变量。然而，线程存在于进程中，它们与同一进程内的其他线程共享内存、文件句柄以及每进程状态。

创建线程会使用相当一部分内存，其中包括有堆栈，以及每线程数据结构。如果创建过多线程，其中每个线程都将占用一些 CPU  时间，结果将使用许多内存来支持大量线程，每个线程都运行得很慢。这样就无法很好地使用计算资源。

可喜的是，Java自从 5.0以来，提供了线程池。线程的目标执行对象可以共享线程池中有限数目的线程对象。

一切的服务器都需要线程池，比如Web、FTP等服务器。

2.3.1 使用线程池

使用JDK提供的线程池一般分为3步：1）创建线程目标对象，可以多个；2）使用 Executors 创建线程池， 返回一个ExecutorService类型的对象；3）使用线程池执行线程目标对象，exec.execute(run)，最后，结束线程池中的线程，exec.shutdown()。

3、总结

以上大部分知识点在后面的章节会详细介绍。

注：写完这些后，阅读英文原版，发现第一章不是这些内容，这一章似乎是中文翻译者加上去的，又或者是网络上谁流传的。不过竟然笔记写好了，也就留下来，毕竟讲得也不错。