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Java中的进程和线程

 Java中的进程与线程

一:进程与线程

概述:几乎任何的操作系统都支持运行多个任务,通常一个任务就是一个程序,而一个程序就是一个进程。当一个进程运行时,内部可能包括多个顺序执行流,每个顺序执行流就是一个线程

 

进程:进程是指处于运行过程中的程序,并且具有一定的独立功能。进程是系统进行资源分配和调度的一个单位。当程序进入内存运行时,即为

 

进程的三个特点:

1:独立性:进程是系统中独立存在的实体,它可以独立拥有资源,每一个进程都有自己独立的地址空间,没有进程本身的运行,用户进程不可以直接访问其他进程的地址空间。

2:动态性:进程和程序的区别在于进程是动态的,进程中有时间的概念,进程具有自己的生命周期和各种不同的状态

3:并发性:多个进程可以在单个处理器上并发执行,互不影响

 

并发性和并行性是不同的概念:并行是指同一时刻,多个命令在多个处理器上同时执行;并发是指在同一时刻,只有一条命令是在处理器上执行的,但多个进程命令被快速轮换执行,使得在宏观上具有多个进程同时执行的效果

 

 

 

线程:线程是进程的组成部分,一个进程可以拥有多个线程而一个线程必须拥有一个父进程线程可以拥有自己的堆栈,自己的程序计数器和自己的局部变量,但不能拥有系统资源。它与父进程的其他线程共享该进程的所有资源

 

线程的特点

线程可以完成一定任务,可以和其它线程共享父进程的共享变量和部分环境,相互协作来完成任务。

线程是独立运行的,其不知道进程中是否还有其他线程存在。

线程的执行是抢占式的,也就是说,当前执行的线程随时可能被挂起,以便运行另一个线程。

一个线程可以创建或撤销另一个线程,一个进程中的多个线程可以并发执行。

二:线程的创建及使用

java使用Thread类代表线程,所有的线程对象都必须是Thread或者其子类的实例,每个线程的作用是完成一定任务,实际上是就是执行一段程序流(一段顺序执行的代码)

方案一:继承Thread类创建线程类

步骤:1.定义Thread类的子类 并重写该类的Run方法,该run方法的方法体就代表了该线程需要完成的任务

      2.创建Thread类的实例,即创建了线程对象

      3.调用线程的start方法来启动线程

 

 

结论:使用继承子Thread类的子类来创建线程类时,多个线程无法共享线程类的实例变量(比如上面的i)

方案二:实现Runnable接口

1:定义Runnable接口的实现类,并重写它的Run方法,run方法同样是该线程的执行体

2:创建Runnable实现类的实例,并将此实例作为Thread的target创建一个Thread对象,该Thread对象才是真正的线程对象

3:调用start方法启动该线程

 

 

 

结论:采用Ruunable接口的方式创建多个线程可以共享线程类的实例变量,这是因为在这种方式下,程序创建的Runnable对象只是线程的target,而多个线程可以共享一个target,所以多个线程可以共享一个实例变量

 

通过Runnable实现多线程其实就是将run包装成线程的执行体,但是目前java无法将任意方法包装成线程执行体

方案三:使用callable和future创建线程

 

Java5开始,Java提供 Callable接口,Callable接口提供了一个call()方法可以作为线程执行体,看起来和Runnable很像,但call()方法更强大——call()方法可以有返回值、call()方法可以抛出异常

 

Java5提供了Future接口来代表Callable接口的call()方法的返回值,并Future接口提供了一个FutureTask实现类,该实现类实现类Future接口,也实现了Runnable接口——可以作为Thread的target。

实现步骤:

1:创建Callable接口的实现类,并实现call方法,call方法会成为线程执行体,且call方法具有返回值,在创建callable接口的实现类!

2:使用FutrueTask类来包装Callable对象,FutrueTask封装类Callable的call方法的返回值

3:使用FutrueTask对象作为Thread的target创建并启动新线程

4:使用FutrueTask的get方法获取执行结束后的返回值

 

 

 

 

结论:采取Runnable、Callable的优势在于——线程类只是实现了Runnable或Callable接口,还可以继承其它类;在这种方法下,多个线程可以共享一个target对象,因此非常适合多个相同线程处理同一份资源的情况,从而将CPU、代码和数据分开,形参清晰的模型,体现了面对对象的编程思想。劣势在于编程复杂度略高。

 

三:线程的状态

当线程被创建并被启动时,它既不是一启动就进入了执行状态,在线程的生命周期中,它要经过new(新建),就绪(Runnable),运行(Running),阻塞(Blocked),dead(死亡)。

当线程启动之后,它不可能一直霸占着cpu独自运行,所有cpu需要在多条线程轮流切换,于是线程就也会多次在运行.就绪之间切换

1:新建和就绪状态

--新建状态:

当程序使用new关键字创建了一个线程时,该线程就处于新建状态。

此时的它和其它java对象一样,仅有虚拟机分配内存,并初始化成员变量的值。此时的线程对象并没有表现出线程的任何动态特征,程序也不会执行线程的线程执行体

--就绪状态:

当线程对象调用了start()方法后,该线程就处于就绪状态java虚拟机会为其创建方法调用栈和程序计数器,处于该状态的线程并没有开始执行,只是表明该线程可以运行了,至于该线程何时运行,取决于JVM的调度。

 

注意!!!

启动线程要调用start方法,而不是run方法,永远不要调用线程的run方法,如果调用run方法,系统会把线程对象当作普通的对象,会吧线程的执行体当作普通方法来调用!在调用了run方法之后,该线程就不在处于新建状态,不要再调用该线程的start方法!java中只能对处于新建状态的线程使用start方法,否则将会引发IllegalThreadStateException异常!

2:运行状态和阻塞状态

当发生如下的几种情况时,将会进入阻塞状态

当线程调用sleep方法主动放弃所占用的处理器资源

线程调用了一个阻塞时的IO方法,在该方法返回之前,线程会被阻塞

线程试图获得一个同步监视器,但该同步监视器正被其他线程锁持有

线程正在等待某个通知(notify)

程序调用了线程的suspend方法将该线程挂起

 

当以上几个情况,当发生如下的情况将会重新进入就绪状态

调用sleep()方法过了指定时间

 

线程调用的阻塞时IO方法依旧返回

 

线程成功地获得了试图获得的同步监视器

 

现在正在等待某个通知,而其它线程发出一个通知

 

处于挂起状态的线程被调用了resume()方法

注意!!!

线程从阻塞状态只能进入就绪状态,无法直接进入运行状态。就绪和运行状态之间的转换通常不受程序控制,而是系统线程的调度决定的。

调用yield()方法可以让处于运行时的线程转入就绪状态。

3:线程死亡

线程会以以下三种方式结束,结束后处于死亡状态

run或call方法执行完成,程序结束

线程抛出一个未捕获的Exception或者Error

直接调用该线程的stop方法来结束线程

 

当主线程结束时,其它线程不受任何影响,并不会随之结束。一旦子线程启动起来后,他就会拥有和主线程相同的地位,它不会受主线程影响。

 

为了测试某个线程是否死亡,可以调用该线程的isAlive方法,当线程处于就绪,运行,阻塞三种状态时,将返回true;当线程处于新建,死亡两种状态时返回为false。

不要试图对一个已经死亡的线程调用start方法让它重新启动,死亡后的线程无法作为线程使用。

 

如果处于非新建状态的线程使用start方法,就会引发IllegalThreadStateException异常。

4:线程基本状态图

 

 

 

 

四:线程的调度

1.join线程

Thread提供了让一个线程等待另一个线程完成的方法--join方法,当在某个程序执行流中调用其他线程的join方法,调用线程将被阻塞,直到被join方法加入的join线程执行完毕为止。

 

join方法应用场景:通常由使用线程的程序调用,以将大问题划为许多小问题,每个小问题分配一个线程,当所有的小问题都被处理之后,再调用主线程进行下一步操作!

 

 

 

 

2.后台线程

有一种线程,是在后台运行的,其任务是为其他线程提供服务,这种线程称之为后台线程Daemon Thread),又称之为守护线程。jvm的垃圾回收器就是典型的后台进程

 

后台线程的特点:

1.当前台线程全部死亡,后台线程会自动死亡

2.调用Thread的setDaemon(ture)方法可以将指定线程设置成为后台线程

3.当整个虚拟机只剩下后台线程时,程序就没有运行的必要了,所有虚拟机将退出

4.Thread类还提供了一个isDaemon方法,用于指定该线程是否是后台线程

5.前台创建的线程默认为前台线程,而后台创建的线程默认为后台线程。

6.前台线程死亡时,jvm会通知后台线程死亡,但它从接受指令到做出响应需要一段时间 此外,如果要将某个线程设置为后台线程,必须要在该线程启动之前设置,也就是setDaemon(true)必须在start方法之前调用,否则会引发IllegalThreadStateException异常

 

Jvm垃圾回收机制:http://blog.csdn.net/u012152619/article/details/46981643

3.线程休眠(sleep)

当前线程调用sleep方法进入阻塞状态时,在其睡眠时间内,该线程不会获得执行的机会

即便系统中没有其它可执行的线程,处于sleep的线程也不会执行,因此sleep方法常用于暂停程序的执行!

 

4:线程让步

yield()的作用是让步。它能让当前线程由“运行状态”进入到“就绪状态”,从而让其它具有相同优先级的等待线程获取执行权;但是,并不能保证在当前线程调用yield()之后,其它具有相同优先级的线程就一定能获得执行权;也有可能是当前线程又进入到“运行状态”继续运行!

 

 

Cpu并行执行的情况下,效果不明显

5.sleep()方法和yield方法的区别:

1.sleep方法暂停当前线程后会给其它线程执行机会,不会理会其它线程的优先级,但yield方法之后给优先级相同,或优先级更高的线程执行机会。

2.sleep方法会将线程转入阻塞状态,直到经过阻塞时间才会转为就绪状态,而yield方法不会转入阻塞状态,只是强制将当前线程转入就绪状态

3.sleep方法声明抛出了InterruptedException异常,所有调用sleep方法就要捕获此异常,而yield方法则没有

4.sleep方法比yield方法有更好的执行!

6改变线程的优先级:

每个线程都有一定的优先级,优先级更高的线程将会有更多的执行机会

每个线程默认的优先级都与创建它的父进程的优先级相同,默认情况下,main进程具有普通优先级

Thread类提供setPriority(int newPriority)和getPriority()方法来设置和返回线程的优先级其中setPriority参数是int类型,范围0到10之间

Thread类有三个静态常量:MAX_PRIORITY :10  MIN_PRIORITY :1 NORM_PRIORITY:5

五:线程的同步

1.同步方法

obj:同步监视器,含义:线程开始执行同步代码块时,必须先获得对同步监听器的锁定

任何时刻只能有一个线程可以获得对同步监视器的锁定,当同步代码块完成执行后,该线程会释放对该同步监视器的锁定。

虽然Java程序允许使用任何对象作为同步监听器,但通常推荐使用可能被并发访问的共享资源充当同步监视器

同步方法:

与同步代码块,Java的多线程安全支持还提供了同步方法,同步方法就是使用某个synchronized关键字修饰某个方法,则该方法被称为同步方法。

对于被synchroize修饰的方法(非static方法而言),无需显示指定同步监视器,同步方法的同步监视器是this,也就是调用该方法调用的对象

synchronized关键字可以修饰方法,可以修饰代码块,但不能修饰构造器、成员变量。

线程安全的类具有如下特征:

1该类的对象可以被多个线程安全地访问

2每个线程调用该对象的任一方法之后都将得到正确的结果

3每个线程调用该对象的任一方法之后,该对象状态依然保持合理状态

 

 

------取款案例:

场景:

 

 

 

 

 

执行结果:

可变类的线程安全是以降低运行效率为代价的,为减少线程安全锁带来的负面影响,可采用以下策略:

1不要对线程安全类中的所有方法都同步,只对那些会改变竞争资源(竞争资源也就是共享资源)的方法进行同步。

2如果可变类有单线程和多线程两种运行环境,那么要为该可变类提供两种版本(线程安全版和线程不安全版)

例:

StringBufferStringBuilder就是这种情况,在单线程时应使用StringBuilder,多线程时使用StringBuffer

 

 

线程会在以下几种情况下释放对同步监听器的锁定

当前线程的同步方法、同步代码块执行结束,当前线程释放了同步监听器。

当前线程在同步代码块、同步方法中遇到了breakcontinue,终止了该代码块、方法的运行,当前线程释放了同步监听器。

当前线程在同步代码块、同步方法中遇到了未处理的errorexception,导致该代码块、方法意外结束,当前线程释放了同步监听器。

当前线程执行同步代码块或同步方法时,程序执行了同步监听器对象的wait()方法,则当前线程暂停,并释放同步监听器。

 

 

在如下所示的情况下,线程不会释放同步监听器

线程执行同步代码块或同步方法时,程序调用Thread.sleep()Thread.yield()方法来暂停当前线程的执行,当前线程不会释放同步监视器。

线程执行同步代码块时,其它线程调用了该线程的suspend()方法将该方法挂起,该线程不会释放同步监听器。(所有程序应该避免使用suspendresume来操控线程)

 

2:同步锁

将取款案例的同步方法换为同步锁,效果是一样的!!

 

3:死锁

1当两线程相互等待对方释放同步监视器是就会发生死锁,JAVA虚拟机没有监测、处理死锁的措施,所以一定要避免死锁的出现。

2一旦出现死锁,整个程序不会出现任何异常,也不会给出任何提示,只是所有线程处于阻塞状态,无法继续。

3但是死锁很容易发生,尤其是系统中出现多个同步监听器的情况下。

4由于Thread类的suspend()方法也很容易导致死锁,所有JAVA不再推荐使用该方法来暂停线程的执行。

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