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轻松学会多线程(二)——多线程相关概念介绍

上一篇文章中,我们宏观介绍了多线程的背景,今天我们上一些干货。

在展开讲解多线程之前,我们需要明白进程与线程之间的关系。


进程与线程

一个关于进程和线程的比喻很贴切:一个进程就像是工厂的一个车间,代表CPU所能处理的单个任务,任一时刻,CPU总是运行一个进程,其他进程处于非运行状态。而车间的工人,就好比线程,一个进程可以包含多个线程。

                                             

                       (线程,就好比工厂里的工人,车间的空间是工人们共享的,多个房间是每个工人都可以进出的)


操作系统中,所有运行的任务都对应一个进程。当一个程序进入内存运行,即变成一个进程。比如Hibernate中,一个Session就对应一个进程,用户发出的请求就对应一个进程。请求结束,进程结束。每个Session都有自己状态;多个用户请求,都会独立处理。所以进程就具有了独立性(拥有自己的独立资源,每个进程都有自己私有的地址空间)、动态性(区别于静态指令的程序,动态就会有状态)、并发性(并发执行,互不影响)。

而线程是进程的组成部分。线程拥有自己的堆栈、程序计数器和自己的局部变量,但它不拥系统资源。一个进程往往包含多个线程,这多个线程共享父进程的全部资源。

进程间不共享内存,而线程间共享内存很容易。线程在程序中第独立的,并发的执行流。线程共享内存、文件句柄和其他米格进程应有个状态。


创建线程

创建线程的方式有多种,可以直接继承Thread类,也可以实现Runnable接口实现多线程。我们可以直接new 一个Thread或者将一个Runnable传入Thread构造函数。等等。

//方法:直接new Thread
		Thread thread1 = new Thread() {
			@Override
			public void run() {
			}
		};
		thread1.start();
		
		//方法:将Runnable传入Thread构造函数
		Thread thread2 = new Thread(new Runnable() {
			@Override
			public void run() {
			}
		});
		thread2.start();


创建的方式有多种,看你的喜好使用。我喜欢使用实现Runnable接口的方式创建。因为这种方式有很多好处:

1、将线程创建与业务逻辑分来,更加面向对象;

2、Java不支持多继承,如果采用继承Thread类的方式,则不能再继承其他父类。

3、可以多个线程共享一个target对象。也就是说,这种方式,非常适合多个相同的线程来处理同一份资源的情况,从而可以将CPU、代码和数据分开,形成清晰的模型,体现面向对象思想。


多线程的问题

在面向服务架构中,我们使用ESB技术,来完成系统间交互,致力于解决信息孤岛问题;在面向对象编程中,我们要面向抽象编程,要对公共特征的属性进行抽象。则否,面向对象的程度不够,系统就更加无法适应变化。


而在使用多线程时,多个线程之间是共享进程内数据的。

如果各个线程只是从共享数据中读取数据,则比较容易实现数据共享。例如,我提供一个高考成绩查询的接口,每一次查询请求都会启动一个线程,多个线程共享高考成绩的数据;

然而,实际情况中,很多时候都需要多个线程共同维护一份共享数据。例如,缓存框架,它是以维护一份公共缓存为基础,当多个对象取缓存时,需要进行同步处理;或者说多个线程,需要控制器执行顺序,这是也需要使用锁或者同步机制。

也就是说,线程的执行是竞相的,我们需要使用一定的机制,控制其并发。


拿下面一个卖票的例子来举例(此实例来自海涛博客):

现在一共三个窗口,共有20张票。首先,我们先不对三个窗口进行控制。三个窗口同时卖票:

package com.lzq.thread;

public class Test3 implements Runnable {
	private Integer ticket = 20;
	public void run() {
		System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ": 开始卖票!");
		while (ticket > 0) {
			try {
				Thread.currentThread().sleep(1000);
			} catch (InterruptedException e) {
				e.printStackTrace();
			}
			System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":卖掉 " + ticket--
					+ " 号票 ");
		}
	}
	public static void main(String[] args) {
		Test3 test = new Test3();
		Thread t1 = new Thread(test, "1号窗口");
		Thread t2 = new Thread(test, "2号窗口");
		Thread t3 = new Thread(test, "3号窗口");
		t1.start();
		t2.start();
		t3.start();
	}
}


运行结果最后会出现:


我们明明限定了while(ticked>0)的情况,可是当卖完最后一张票后,还是卖了第“0”张票和第“-1”张票,这是由于当只剩下最后一张票时,三个窗口(即三个进程)都满足ticked>0的条件,就进入到了while循环里面,然后就卖了三张票:第“1”张票、第“0”张票和第“-1”张票。

这种情况的好处就是:同一时刻,三个窗口能够同时售票,能够实现快速售票;然而,这种方式存在数据同步问题。


下面,我们采用Java中的同步机制,解决上面的同步问题。

public class Test3 implements Runnable {
	private static int ticketCount = 10;
	public void run() {
		Thread currentThread = Thread.currentThread();
		System.out.println(currentThread.getName() + ": 开始卖票!");
		while (true) {
			synchronized ("2") {//采用同步机制
				if (ticketCount > 0) {
					try {
						currentThread.sleep(1000);
					} catch (InterruptedException e) {
						e.printStackTrace();
					}
					System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":卖掉 "
							+ ticketCount-- + " 号票 ");
				}
			}
		}
	}
}


结果如图所示:



而这时候采用同步机制,每个线程近来的时候,都会加上把锁,然后再判断ticketCount是否大于零。一旦有线程拿到了锁,则其他线程则只能在外等待,无法进入。等拿到锁的对象完成操作,释放锁对象之后,其他线程才能进入。依次类推。

所以这种处理方式能够保证程序的正确性,不出现售出第“0”张票、第“-1”张票的情况。但是同一时刻,只能有一个线程拿到锁。执行速度比较缓慢。


使用synchronized关键字,只是处理多线程的一种方式,Java的JDK中还提供了重入锁、读写锁、Condition对象、Semaphore信号量以及ThreadLocal线程局部变量等等并发控制方法。后续文章中会陆续介绍。

以我对多线程的了解,大家还是要多看一些底层的东西,不使用那些工具,直接使用Runnable接口和Thread来进行线程控制。使用多了,JDK中提供的各种多线程的工具一看也就会用了。在多线程编程中,最重要的并不是怎样使用多线程编程,而是要明白什么时候需要使用多线程的问题。

而这一步,却需要我们不断的积累,才能够做到。光凭借看书、学习是远远不够的。


本篇文章,阐述了线程与进程之间的关系,介绍了多线程的创建方式,以及我推荐大家的方式及理由。最后由介绍了多线程的使用中遇到的问题,如何更好的使用多线程,提供了思路。谢谢关注。

轻松学会多线程(二)——多线程相关概念介绍