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我們?cè)趯W(xué)習(xí)軟件開發(fā)時(shí)，多線程，高并發(fā)是一個(gè)必不可少的知識(shí)點(diǎn)，也是在面試時(shí)必會(huì)問到的內(nèi)容，為了讓大家對(duì)多線程，高并發(fā)編程有個(gè)清晰認(rèn)識(shí)，特地組織了一個(gè)專欄來(lái)專門介紹一下，希望能對(duì)大家有一些幫助。

線程簡(jiǎn)介

線程是程序運(yùn)行的基本執(zhí)行單元。當(dāng)操作系統(tǒng)(不包括單線程的操作系統(tǒng)，如微軟早期的DOS)在執(zhí)行一個(gè)程序時(shí)，會(huì)在系統(tǒng)中建立一個(gè)進(jìn)程，而在這個(gè)進(jìn)程中，必須至少建立一個(gè)線程(這個(gè)線程被稱為主線程)來(lái)作為這個(gè)程序運(yùn)行的入口點(diǎn)。因此，在操作系統(tǒng)中運(yùn)行的任何程序都至少有一個(gè)主線程。

進(jìn)程和線程是現(xiàn)代操作系統(tǒng)中兩個(gè)必不可少的運(yùn)行模型。在操作系統(tǒng)中可以有多個(gè)進(jìn)程，這些進(jìn)程包括系統(tǒng)進(jìn)程(由操作系統(tǒng)內(nèi)部建立的進(jìn)程)和用戶進(jìn)程(由用戶程序建立的進(jìn)程);一個(gè)進(jìn)程中可以有一個(gè)或多個(gè)線程。進(jìn)程和進(jìn)程之間不共享內(nèi)存，也就是說系統(tǒng)中的進(jìn)程是在各自獨(dú)立的內(nèi)存空間中運(yùn)行的。而一個(gè)進(jìn)程中的線可以共享系統(tǒng)分派給這個(gè)進(jìn)程的內(nèi)存空間。

在進(jìn)一步介紹之前，我們先來(lái)了解一些基本概念，以幫助大家更快速的理解。

基本概念

進(jìn)程

進(jìn)程是操作系統(tǒng)中正在執(zhí)行的不同的應(yīng)用程序，例如：我們可以同時(shí)打開微信和QQ，甚至更多的程序。

在操作系統(tǒng)中運(yùn)行的程序就是進(jìn)程，進(jìn)程就是執(zhí)行程序的一次執(zhí)行過程，它是一個(gè)動(dòng)態(tài)的概念式系統(tǒng)資源分配的單位

通常在一個(gè)進(jìn)程中可以包含若干個(gè)線程，當(dāng)然一個(gè)進(jìn)程中至少有一個(gè)線程，不然沒有存在的意義，線程是CPU調(diào)度和執(zhí)行的單位

線程

線程是一個(gè)應(yīng)用程序進(jìn)程中不同的執(zhí)行路徑，例如：我們的WEB服務(wù)器，能夠?yàn)槎鄠€(gè)用戶同時(shí)提供請(qǐng)求服務(wù)。

進(jìn)程是不活潑的，進(jìn)程從來(lái)不執(zhí)行任何東西，它只是線程的容器。線程總是在某個(gè)進(jìn)程環(huán)境中創(chuàng)建的，而且它的整個(gè)生命周期都在該進(jìn)程中。

在一個(gè)進(jìn)程中，如果創(chuàng)建了多個(gè)線程，線程的運(yùn)行是由調(diào)度器安排調(diào)度的，調(diào)度器是與操作系統(tǒng)緊密相關(guān)的，先后順序是不能人為干預(yù)的

多線程

多線程擁有多條執(zhí)行路徑，「主線程與子線程并行交替執(zhí)行」(普通方法只有主線程一條路徑)，對(duì)同一份資源操作時(shí)，會(huì)存在資源搶奪的問題，這時(shí)就需要加入并發(fā)控制了。

一個(gè)Java應(yīng)用程序，至少有三個(gè)線程: main()主線程， gc()垃圾回收線程，異常處理線程。當(dāng)然如果發(fā)生異常，會(huì)影響主線程。

多線程程序的優(yōu)點(diǎn):

• 提高應(yīng)用程序的響應(yīng)。對(duì)圖形化界面更有意義，可增強(qiáng)用戶體驗(yàn)。同時(shí)做多個(gè)事情。比如：一邊聽歌、一邊寫代碼。
• 提高計(jì)算機(jī)系統(tǒng)CPU的利用率。不過線程也會(huì)帶來(lái)額外的開銷，如CPU調(diào)度時(shí)間，并發(fā)控制帶來(lái)的系統(tǒng)開銷。
• 改善程序結(jié)構(gòu)。將既長(zhǎng)又復(fù)雜的進(jìn)程分為多個(gè)線程，獨(dú)立運(yùn)行，利于理解和修改。

何時(shí)需要多線程?

程序需要同時(shí)執(zhí)行兩個(gè)或多個(gè)任務(wù)。

需要一些后臺(tái)運(yùn)行的程序時(shí)，比如:Java后臺(tái)運(yùn)行的GC線程。

創(chuàng)建線程

Java中創(chuàng)建線程有四種方式，我們下面依次介紹一下。

1、繼承 Thread 類

(1)定義Thread類的子類，并重寫該類的run方法，該run方法的方法體就代表了線程要完成的任務(wù)。因此把run()方法稱為執(zhí)行體。

(2)創(chuàng)建Thread子類的實(shí)例對(duì)象，即創(chuàng)建了一個(gè)線程對(duì)象。

(3)調(diào)用該線程對(duì)象的start()方法來(lái)啟動(dòng)該線程。

示例代碼：

public class MyThread extends Thread { 
 
    // 總票數(shù) 
    public int count = 10; 
 
    @Override 
    public void run() { 
        // 當(dāng)還有票時(shí)就繼續(xù)售賣 
        while (count > 0) { 
            // 剩余票數(shù) 
            count--; 
            System.out.println( 
                    Thread.currentThread().getName() + "售賣第 " + (10 - count) + " 張票,當(dāng)前剩余票數(shù): " + count); 
        } 
    } 
 
    public static void main(String[] args) { 
        MyThread myThread = new MyThread(); 
        myThread.start(); 
    } 
} 

2、實(shí)現(xiàn)Runnable接口

(1)定義Runnable接口的實(shí)現(xiàn)類，并重寫該接口的run()方法，該run()方法的方法體同樣是該線程的線程執(zhí)行體。

(2)創(chuàng)建 Runnable實(shí)現(xiàn)類的實(shí)例對(duì)象，并將該實(shí)例作為Thread的target來(lái)創(chuàng)建一個(gè)Thread對(duì)象，該Thread對(duì)象才是真正的線程運(yùn)行對(duì)象。

(3)調(diào)用該線程對(duì)象的start()方法來(lái)啟動(dòng)線程。

示例代碼：

public class MyRunableThread implements Runnable { 
 
    // 總票數(shù) 
    public int count = 10; 
 
    @Override 
    public void run() { 
        // 當(dāng)還有票時(shí)就繼續(xù)售賣 
        while (count > 0) { 
            // 剩余票數(shù) 
            count--; 
            System.out.println( 
                    Thread.currentThread().getName() + "售賣第 " + (10 - count) + " 張票,當(dāng)前剩余票數(shù): " + count); 
        } 
    } 
 
    public static void main(String[] args) { 
        MyRunableThread myRunableThread = new MyRunableThread(); 
        Thread myThread = new Thread(myRunableThread); 
        myThread.start(); 
    } 
} 

「Thread 和 Runnable 的區(qū)別」

上述兩種方法是大家最常見到的兩種創(chuàng)建線程的方法，也常常會(huì)被問到兩種方式創(chuàng)建線程的區(qū)別，下面簡(jiǎn)單總結(jié)了一下：

「繼承 Thread 類」

子類繼承 Thread 類具備多線程能力

啟動(dòng)線程：子類線程對(duì)象調(diào)用 .start()方法

不建議使用：避免 OOP 單繼承局限性

「實(shí)現(xiàn)接口 Runnable」

• 具有多線程能力
• 啟動(dòng)線程：傳入目標(biāo)對(duì)象 + Thread對(duì)象調(diào)用.start()方法
• 推薦使用：避免單繼承局限性，方便同一個(gè)對(duì)象被多個(gè)線程使用

另外，在使用線程池時(shí)只能放入實(shí)現(xiàn)Runable或Callable類線程，不能直接放入繼承Thread的類

3、實(shí)現(xiàn)Callable接口

(1)創(chuàng)建Callable接口的實(shí)現(xiàn)類，并實(shí)現(xiàn)call()方法，該call()方法將作為線程執(zhí)行體，并且有返回值。

(2)創(chuàng)建Callable實(shí)現(xiàn)類的實(shí)例，使用FutureTask類來(lái)包裝Callable對(duì)象，該FutureTask對(duì)象封裝了該Callable對(duì)象的call()方法的返回值。

(3)使用FutureTask對(duì)象作為Thread對(duì)象的target創(chuàng)建并啟動(dòng)新線程。

(4)調(diào)用FutureTask對(duì)象的get()方法來(lái)獲得子線程執(zhí)行結(jié)束后的返回值。

示例代碼：

public class MyCallableThread implements Callable<String> { 
 
    // 總票數(shù) 
    private int count = 10; 
 
    @Override 
    public String call() throws Exception { 
        // 當(dāng)還有票時(shí)就繼續(xù)售賣 
        while (count > 0) { 
            // 剩余票數(shù) 
            count--; 
            System.out.println( 
                    Thread.currentThread().getName() + "售賣第 " + (10 - count) + " 張票,當(dāng)前剩余票數(shù): " + count); 
        } 
        return "票已售完"; 
    } 
 
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException, ExecutionException { 
        Callable<String> callable = new MyCallableThread(); 
        FutureTask<String> futureTask = new FutureTask<>(callable); 
        Thread myThread = new Thread(futureTask); 
        myThread.start(); 
        // 打印返回結(jié)果 
        System.out.println(futureTask.get()); 
    } 
} 

「Runnable和Callable的區(qū)別：」

Callable規(guī)定的方法是call()，Runnable規(guī)定的方法是run()。

Callable的任務(wù)執(zhí)行后可返回值，而Runnable的任務(wù)是不能有返回值。

call方法可以拋出異常，run方法不可以。

4、線程池

Java默認(rèn)提供了五種線程池，通過Executors創(chuàng)建，分別為：

• 「newCachedThreadPool」 創(chuàng)建一個(gè)可緩存線程池，如果線程池長(zhǎng)度超過處理需要，可靈活回收空閑線程，若無(wú)可回收，則新建線程。
• 「newFixedThreadPool」 創(chuàng)建一個(gè)定長(zhǎng)線程池，可控制線程最大并發(fā)數(shù)，超出的線程會(huì)在隊(duì)列中等待。
• 「newScheduledThreadPool」 創(chuàng)建一個(gè)定長(zhǎng)線程池，支持定時(shí)及周期性任務(wù)執(zhí)行。
• 「newSingleThreadExecutor」 創(chuàng)建一個(gè)單線程化的線程池，它只會(huì)用唯一的工作線程來(lái)執(zhí)行任務(wù)，保證所有任務(wù)按照指定順序(FIFO, LIFO, 優(yōu)先級(jí))執(zhí)行。
• 「newWorkStealingPool」 創(chuàng)建一個(gè)具有搶占式操作的線程池，由于能夠合理的使用CPU進(jìn)行對(duì)任務(wù)操作(并行操作)，所以適合使用在很耗時(shí)的任務(wù)中。

示例代碼：

public class MyThreadPool implements Runnable { 
 
    // 總票數(shù) 
    public int count = 10; 
 
    @Override 
    public void run() { 
        // 當(dāng)還有票時(shí)就繼續(xù)售賣 
        while (count > 0) { 
            // 剩余票數(shù) 
            count--; 
            System.out.println( 
                    Thread.currentThread().getName() + "售賣第 " + (10 - count) + " 張票,當(dāng)前剩余票數(shù): " + count); 
        } 
    } 
 
    public static void main(String[] args) { 
        ExecutorService ex = Executors.newFixedThreadPool(5); 
        MyThreadPool t = new MyThreadPool(); 
        ex.submit(t); 
        ex.shutdown(); 
    } 
} 

關(guān)于線程池，后續(xù)會(huì)有單獨(dú)文章給大家詳細(xì)介紹。

通過以上的內(nèi)容，希望大家可以對(duì)線程有個(gè)初步的認(rèn)識(shí)，相關(guān)示例代碼，稍后整理后我會(huì)上傳到GitHub上，也請(qǐng)大家留意我們的后續(xù)文章。