进程和线程

进程和线程

二者对比

• 进程基本上互相独立的，而线程是存在于进程内的，是进程的一个子集。
• 进程拥有共享的资源，如内存空间，功其内部线程共享
• 进程间通信较为复杂
  • 同一台计算机的进程通信称为IPC
  • 不同计算机通信，需要网络，并有共同的协议，如 HTTP
• 线程通信相对简单，因为他们共享进程内的内存，一个例子是多线程可以访问一个共享变量

• 线程更轻量，线程上下文切换成本一般比进程上下文切换低。

并行和并发

并发：（单核）线程轮流使用CPU， concurrent。 微观串行，宏观并行。

并行：多核都可以调度运行线程，这个时候可以是并行的。

引用的描述：

• 并行（concurrent） 是同一时间应对（dealing with）多件事情的能力。
• 并行（parallel） 是同一时间动手（doing）多件事情的能力。

方法调用：

• 同步：需要等待结果返回，才能继续运行
• 异步，不需要等待结果返回，就能继续运行

同步在多线程中还有另一个意思，就是让多个线程步调一致。

线程

创建和运行线程

• 创建 Thread 用匿名内部类的写法，覆盖其中的 run 方法，执行代码放入到 run 方法内。 然后用 start 进行启动。
• 使用 Runnable （接口，就一个 run 方法）配合 Thread，Thread 代表线程，Runnable 代表可运行的任务。
  • lambda 进行精简。Thread t = new Thread((log.info("xxxxxxxxx"))->{},"tName");
• FutureTask 配合Thread ：FutureTask 能够接收 Callable 类型的参数，用来处理有返回结果的情况。可以线程间通信
• 线程池的方式

Thread 和 Runnable 的关系

• 方法 1 是线程和任务合并了一起，方法二是把线程和任务分开了
• 用 Runnable 更容易与线程池高级 API 进行配合
• 用 Runnable 让任务类 脱离了Thread 继承体系更灵活。

查看线程和进程的方法

windows

• 任务管理器
• tasklist 查看进程
• taskill 杀死进程

linux

• ps -fe 查看所有进程
• ps -fT -p 查看某个进程(PID) 的所有线程
• kill 杀死进程
• top 按大写 H 切换是否显示线程
• top -H -p 查看某个进程(PID) 的所有线程

java

• jps 查看所有 java 进程
• jstack 查看某个进程下的所有线程，查看某一刻的，快照信息，更详细的信息。
• jconsole 查看某个进程所有的线程，内存，cpu，类等情况。

线程 API

线程状态

原理

栈与栈帧

jvm 中由堆，栈，方法区组成，其中栈内存是给线程使用，每个线程启动后，虚拟机就会为其分配一块栈内存。

• 每个栈由多个栈帧组成，对应着每次方法调用时所占的内存
• 每个线程只能有一个活动栈帧，对应着正在执行的那个方法

线程上下文切换

线程上下文切换会保存前线程的所有信息（局部变量，栈帧，返回地址等等），再去执行下一个线程。

线程中常见方法

run&start

• run ： 调用run 的话，方式还是在主线程中调用的，未实现异步等效果，与线程无关。

• start：启动线程必须用start。无法多次调用，

  线程状态： start 之前是 NEW ，之后是 RUNNABLE

sleep&yield

• sleep ：

  • 调用sleep 会让当前线程从Running 进入 Time Waiting 状态
  • 其他线程可以使用 interrupt 方法打断正在睡眠的线程，这时 sleep 方法会抛出 InterruptedException
  • 睡眠结束后的线程未必立刻得到执行
  • 建议用 TimeUnit 的 sleep 代替 Thread 的 sleep 来获得更好的可读性。

• yield（让出CPU使用权）

  • 调用 yield 会让当前线程 Running 进入 Runnable 状态，然后调度执行其他优先级的线程。如果这时没有同优先级的线程，那么不能保证让当前线程暂停的效果。
  • 具体的实现依赖于操作系统的任务调度器。

程序优先级
线程优先级会提示(hint)调度器优先调度该线程，但它仅仅是一个提示，调度器可以忽略它。
如果 cpu 比较忙，那么优先级高的线程会获得更多的时间片，但cpu 空闲时，优先级几乎没用。

sleep 实现

join 方法

等待线程运行结束 t.join() 等待 t 线程的结束，运行到这会卡住。

获取多个其他线程的结果，只需调用其他多个线程的 join 即可。

有时效的 join 。 t.join(n), n 等待时间。 小于实际则 直接返回，大于直接，则执行完就返回，不会多等待。

interrupt

打断 sleep， wait， join 的线程，会有打断过的标记。

打断阻塞状态：

• 打断 sleep 的线程，会清空打断状态，（正常情况，有打断，打断标记是 真， sleep 的打断标记是 false）

打断非阻塞状态：

打断正常运行的线程：

打断标记的用途，优雅的退出。

利用interrupt 的 设计模式：

两阶段终止模式（Two phase Termination）

在线程 t1 中 如何优雅的终止线程 t2？ 【优雅】指的是给 t2 一个料理后事的机会。

设计思路 & code：

打断 park 线程：

打断 park 线程，不会清空打断状态。

不推荐的方法

不推荐使用的方法，这些方法已过时，容易破坏代码块，造成线程死锁。

stop()     停止线程运行
suspend()  挂起(暂停)线程运行
resume()   恢复线程运行

主线程与守护线程

默认情况下，Java 进行需要等到所有线程都运行结束，才会结束。有一种特殊的线程叫做守护线程，只要其它的非守护线程运行结束了，即使守护线程的代码还没有执行结束完，也会强制结束。

注意：

垃圾回收器线程就是一种守护线程
Tomcat 中 Acceptor 和 Poller 线程都是守护线程，所以 Tomcat 接收到 shutdown 命令后，不会等待他们处理完当前请求。

线程的的五种状态

• 【初始状态】 仅是在语言层面上创建了线程对象，还未与操作系统线程关联
• 【可运行状态】 （就绪状态） 指该线程已经被创建，（与操作系统线程关联），可以由CPU 调度执行
• 【运行状态】 指获取CPU 时间片运行中的状态
  • 当CPU 时间片用完，会从【运行状态】转换至【可运行状态】，会导致线程的上下文切换
• 【阻塞状态】
  • 如果调用了阻塞API， 如 BIO 读写文件，这时候线程实际不会用到CPU，会导致线程上下文切换，进入【阻塞状态】
  • 等 BIO 操作完成，会由操作系统唤醒阻塞的线程，转换至【可运行状态】
  • 与【可运行状态】的区别是，对【阻塞状态】的线程来说只要他们一直不唤醒，调度器就一直不会考虑调度他们
• 【终止状态】 表示线程已经执行完毕，生命周期已经结束，不会再转换为其他状态。

线程的的六种状态

• NEW 线程刚被创建，但是还没有调用 start() 方法

• RUNNABLE 当调用 start() 方法之后，注意，Java API 层面的RUNNABLE 状态涵盖了 操作系统 层面的【可运行状态】【运行状态】【阻塞状态】 （由于BIO导致的线程阻塞，在Java里面无法区分，仍然认为是可运行的）

• BLOCKED、 WAITING、 TIMED_WAITTING 都是 Java API 层面对 【阻塞状态】 的细分，后面会在状态转换详述

• TERMINATED 当线程代码运行结束