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本文轉(zhuǎn)載自微信公眾號「碼農(nóng)田小齊」，作者小齊本齊 。轉(zhuǎn)載本文請聯(lián)系碼農(nóng)田小齊公眾號。  

很多同學面對多線程的問題都很頭大，因為自己做項目很難用到，但是但凡高薪的職位面試都會問到。。畢竟現(xiàn)在大廠里用的都是多線程高并發(fā)，所以這塊內(nèi)容不吃透肯定是不行的。

今天這篇文章，作為多線程的基礎篇，先來談談以下問題：

• 為什么要用多線程?
• 程序 vs 進程 vs 線程
• 創(chuàng)建線程的 4 種方式?

為什么要用多線程

任何一項技術(shù)的出現(xiàn)都是為了解決現(xiàn)有問題。

之前的互聯(lián)網(wǎng)大多是單機服務，體量小;而現(xiàn)在的更多是集群服務，同一時刻有多個用戶同時訪問服務器，那么會有很多線程并發(fā)訪問。

比如在電商系統(tǒng)里，同一時刻比如整點搶購時，大量用戶同時訪問服務器，所以現(xiàn)在公司里開發(fā)的基本都是多線程的。

使用多線程確實提高了運行的效率，但與此同時，我們也需要特別注意數(shù)據(jù)的增刪改情況，這就是線程安全問題，比如之前說過的 HashMap vs HashTable，Vector vs ArrayList。

要保證線程安全也有很多方式，比如說加鎖，但又可能會出現(xiàn)其他問題比如死鎖，所以多線程相關問題會比較麻煩。

因此，我們需要理解多線程的原理和它可能會產(chǎn)生的問題以及如何解決問題，才能拿下高薪職位。

進程 vs 線程

程序program

說到進程，就不得不先說說程序。

程序，說白了就是代碼，或者說是一系列指令的集合。比如「微信.exe」這就是一個程序，這個文件最終是要拿到 CPU 里面去執(zhí)行的。

進程 process

當程序運行起來，它就是一個進程。

所以程序是“死”的，進程是“活”的。

比如在任務管理器里的就是一個個進程，就是“動起來”的應用程序。

 

Q：這些進程是并行執(zhí)行的嗎?

單核 CPU 一個時間片里只能執(zhí)行一個進程。但是因為它切換速度很快，所以我們感受不到，就造成了一種多進程的假象。(多核 CPU 那真的就是并行執(zhí)行的了。)

Q：那如果這個進程沒執(zhí)行完呢?

當進程 A 執(zhí)行完一個時間片，但是還沒執(zhí)行完時，為了方便下次接著執(zhí)行，要保存剛剛執(zhí)行完的這些數(shù)據(jù)信息，叫做「保存現(xiàn)場」。

然后等下次再搶到了資源執(zhí)行的時候，先「恢復現(xiàn)場」，再開始繼續(xù)執(zhí)行。

這樣循環(huán)往復。。

這樣反復的保存啊、恢復啊，都是額外的開銷，也會讓程序執(zhí)行變慢。

Q：有沒有更高效的方式呢?

如果兩個線程歸屬同一個進程，就不需要保存、恢復現(xiàn)場了。

這就是 NIO 模型的思路，也是 NIO 模型比 BIO 模型效率高很多的原因，我們之后再講。

線程 thread

線程，是一個進程里的具體的執(zhí)行路徑，就是真正干活的。

在一個進程里，一個時間片也只能有一個線程在執(zhí)行，但因為時間片的切換速度非常快，所以看起來就好像是同時進行的。

一個進程里至少有一個線程。比如主線程，就是我們平時寫的 main() 函數(shù)，是用戶線程;還有 gc 線程是 JVM 生產(chǎn)的，負責垃圾回收，是守護線程。

 

每個線程有自己的棧 stack，記錄該線程里面的方法相互調(diào)用的關系;

但是一個進程里的所有線程是共用堆 heap 的。

那么不同的進程之間是不可以互相訪問內(nèi)存的，每個進程有自己的內(nèi)存空間 memeory space，也就是虛擬內(nèi)存 virtual memory。

通過這個虛擬內(nèi)存，每一個進程都感覺自己擁有了整個內(nèi)存空間。

虛擬內(nèi)存的機制，就是屏蔽了物理內(nèi)存的限制。

Q：那如果物理內(nèi)存被用完了呢?

用硬盤，比如 windows 系統(tǒng)的分頁文件，就是把一部分虛擬內(nèi)存放到了硬盤上。

相應的，此時程序運行會很慢，因為硬盤的讀寫速度比內(nèi)存慢很多，是我們可以感受到的慢，這就是為什么開多了程序電腦就會變卡的原因。

Q：那這個虛擬內(nèi)存是有多大呢?

對于 64 位操作系統(tǒng)來說，每個程序可以用 64 個二進制位，也就是 2^64 這么大的空間!

如果還不清楚二進制相關內(nèi)容的，公眾號內(nèi)回復「二進制」獲取相應的文章哦～

總結(jié)

總結(jié)一下，在一個時間片里，一個 CPU 只能執(zhí)行一個進程。

CPU 給某個進程分配資源后，這個進程開始運行;進程里的線程去搶占資源，一個時間片就只有一個線程能執(zhí)行，誰先搶到就是誰的。

 

多進程 vs 多線程

每個進程是獨立的，進程 A 出問題不會影響到進程 B;

雖然線程也是獨立運行的，但是一個進程里的線程是共用同一個堆，如果某個線程 out of memory，那么這個進程里所有的線程都完了。

所以多進程能夠提高系統(tǒng)的容錯性 fault tolerance ，而多線程最大的好處就是線程間的通信非常方便。

進程之間的通信需要借助額外的機制，比如進程間通訊 interprocess communication -IPC，或者網(wǎng)絡傳遞等等。

如何創(chuàng)建線程

上面說了一堆概念，接下來我們看具體實現(xiàn)。

Java 中是通過 java.lang.Thread 這個類來實現(xiàn)多線程的功能的，那我們先來看看這個類。

從文檔中我們可以看到，Thread 類是直接繼承 Object 的，同時它也是實現(xiàn)了 Runnable 接口。

官方文檔里也寫明了 2 種創(chuàng)建線程的方式：

一種方式是從 Thread 類繼承，并重寫 run()，run() 方法里寫的是這個線程要執(zhí)行的代碼;

啟動時通過 new 這個 class 的一個實例，調(diào)用 start() 方法啟動線程。

 

二是實現(xiàn) Runnable 接口，并實現(xiàn) run()，run() 方法里同樣也寫的是這個線程要執(zhí)行的代碼;

稍有不同的是啟動線程，需要 new 一個線程，并把剛剛創(chuàng)建的這個實現(xiàn)了 Runnable 接口的類的實例傳進去，再調(diào)用 start()，這其實是代理模式。

 

如果面試官問你，還有沒有其他的，那還可以說：

實現(xiàn) Callable 接口;

通過線程池來啟動一個線程。

但其實，用線程池來啟動線程時也是用的前兩種方式之一創(chuàng)建的。

這兩種方式在這里就不細說啦，我們具體來看前兩種方式。

繼承 Thread 類

public class MyThread extends Thread { 
    @Override 
    public void run() { 
        for (int i = 0; i < 100; i++) { 
            System.out.println("小齊666：" + i); 
        } 
    } 
    public static void main(String[] args) { 
        MyThread myThread = new MyThread(); 
        myThread.start(); 
        for (int i = 0; i < 100; i++) { 
            System.out.println("主線程" + i + "：齊姐666"); 
        } 
    } 
} 

在這里，

• main 函數(shù)是主線程，是程序的入口，執(zhí)行整個程序;
• 程序開始執(zhí)行后先啟動了一個新的線程 myThread，在這個線程里輸出“小齊”;
• 主線程并行執(zhí)行，并輸出“主線程i：齊姐”。
  

 

來看下結(jié)果，就是兩個線程交替夸我嘛～

 

Q：為啥和我運行的結(jié)果不一樣?

多線程中，每次運行的結(jié)果可能都會不一樣，因為我們無法人為控制哪條線程在什么時刻先搶到資源。

當然了，我們可以給線程加上優(yōu)先級 priority，但高優(yōu)先級也無法保證這條線程一定能先被執(zhí)行，只能說有更大的概率搶到資源先執(zhí)行。

實現(xiàn) Runnable 接口

這種方式用的更多。

public class MyRunnable implements Runnable { 
    @Override 
    public void run() { 
        for(int i = 0; i < 100; i++) { 
            System.out.println("小齊666：" + i); 
        } 
    } 
 
    public static void main(String[] args) { 
        new Thread(new MyRunnable()).start(); 
 
        for(int i = 0; i < 100; i++) { 
            System.out.println("主線程" + i + "：齊姐666"); 
        } 
    } 
} 

結(jié)果也差不多：

 

像前文所說，這里線程啟動的方式和剛才的稍有不同，因為新建的的這個類只是實現(xiàn)了 Runnable 接口，所以還需要一個線程來“代理”執(zhí)行它，所以需要把我們新建的這個類的實例傳入到一個線程里，這里其實是代理模式。這個設計模式之后再細講。

小結(jié)

那這兩種方式哪種好呢?

使用 Runnable 接口更好，主要原因是 Java 單繼承。

另外需要注意的是，在啟動線程的的時候用的是 start()，而不是 run()。

調(diào)用 run() 僅僅是調(diào)用了這個方法，是普通的方法調(diào)用;而 start() 才是啟動線程，然后由 JVM 去調(diào)用該線程的 run() 。

 

好了，以上就是多線程第一篇的所有內(nèi)容了，這里主要是幫助大家復習一下基礎概念，以及沒有接觸過多線程的小伙伴可以入門。想看更多關于多線程的文章的話，記得給我點贊留言哦～