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线程(英语:thread)是操作系统能够进行运算调度的最小单位。它被包含在进程之中,是进程中的实际运作单位。一条线程指的是进程中一个单一顺序的控制流,一个进程中可以并发多个线程,每条线程并行执行不同的任务。在Unix System V及SunOS中也被称为轻量进程(lightweight processes),但轻量进程更多指内核线程(kernel thread),而把用户线程(user thread)称为线程。线程是独立调度和分派的基本单位。线程可以为操作系统内核调度的内核线程,如Win32线程;由用户进程自行调度的用户线程,如Linux平台的POSIX Thread;或者由内核与用户进程,如Windows 7的线程,进行混合调度。同一进程中的多条线程将共享该进程中的全部系统资源,如虚拟地址空间,文件描述符和信号处理等等。但同一进程中的多个线程有各自的调用栈(call stack),自己的寄存器环境(register context),自己的线程本地存储(thread-local storage)。一个进程可以有很多线程,每条线程并行执行不同的任务。在多核或多CPU,或支持Hyper-threading的CPU上使用多线程程序设计的好处是显而易见,即提高了程序的执行吞吐率。在单CPU单核的计算机上,使用多线程技术,也可以把进程中负责I/O处理、人机交互而常被阻塞的部分与密集计算的部分分开来执行,编写专门的workhorse线程执行密集计算,从而提高了程序的执行效率。 展开全文
线程(英语:thread)是操作系统能够进行运算调度的最小单位。它被包含在进程之中,是进程中的实际运作单位。一条线程指的是进程中一个单一顺序的控制流,一个进程中可以并发多个线程,每条线程并行执行不同的任务。在Unix System V及SunOS中也被称为轻量进程(lightweight processes),但轻量进程更多指内核线程(kernel thread),而把用户线程(user thread)称为线程。线程是独立调度和分派的基本单位。线程可以为操作系统内核调度的内核线程,如Win32线程;由用户进程自行调度的用户线程,如Linux平台的POSIX Thread;或者由内核与用户进程,如Windows 7的线程,进行混合调度。同一进程中的多条线程将共享该进程中的全部系统资源,如虚拟地址空间,文件描述符和信号处理等等。但同一进程中的多个线程有各自的调用栈(call stack),自己的寄存器环境(register context),自己的线程本地存储(thread-local storage)。一个进程可以有很多线程,每条线程并行执行不同的任务。在多核或多CPU,或支持Hyper-threading的CPU上使用多线程程序设计的好处是显而易见,即提高了程序的执行吞吐率。在单CPU单核的计算机上,使用多线程技术,也可以把进程中负责I/O处理、人机交互而常被阻塞的部分与密集计算的部分分开来执行,编写专门的workhorse线程执行密集计算,从而提高了程序的执行效率。
信息
提出者
dozer
定    义
程序执行流的最小单元
多线程中
CPU的基本单位
应用学科
计算机
中文名
线程
外文名
thread
别    称
执行绪;轻量进程
线程发展简史
线程的引入:60年代,在OS中能拥有资源和独立运行的基本单位是进程,然而随着计算机技术的发展,进程出现了很多弊端,一是由于进程是资源拥有者,创建、撤消与切换存在较大的时空开销,因此需要引入轻型进程;二是由于对称多处理机(SMP)出现,可以满足多个运行单位,而多个进程并行开销过大。因此在80年代,出现了能独立运行的基本单位——线程(Threads)。
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  • 线程(一):创建线程线程的常用方法

    万次阅读 多人点赞 2018-09-01 19:14:23
    一:为什么要学多线程 应付面试 :多线程几乎是面试中必问的题,所以掌握一定的基础知识是必须的。 了解并发编程:实际工作中很少写多线程的代码,这部分代码一般都被人封装起来了,在业务中使用多线程的机会也...
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    一:为什么要学多线程

    1. 应付面试 :多线程几乎是面试中必问的题,所以掌握一定的基础知识是必须的。
    2. 了解并发编程:实际工作中很少写多线程的代码,这部分代码一般都被人封装起来了,在业务中使用多线程的机会也不是很多(看具体项目),虽然代码中很少会自己去创建线程,但是实际环境中每行代码却都是并行执行的,同一时刻大量请求同一个接口,并发可能会产生一些问题,所以也需要掌握一定的并发知识

    二:进程与线程

    1. 进程

    进程是资源(CPU、内存等)分配的基本单位,它是程序执行时的一个实例。程序运行时系统就会创建一个进程,并为它分配资源,然后把该进程放入进程就绪队列,进程调度器选中它的时候就会为它分配CPU时间,程序开始真正运行。

    2. 线程

    线程是一条执行路径,是程序执行时的最小单位,它是进程的一个执行流,是CPU调度和分派的基本单位,一个进程可以由很多个线程组成,线程间共享进程的所有资源,每个线程有自己的堆栈和局部变量。线程由CPU独立调度执行,在多CPU环境下就允许多个线程同时运行。同样多线程也可以实现并发操作,每个请求分配一个线程来处理。

    一个正在运行的软件(如迅雷)就是一个进程,一个进程可以同时运行多个任务( 迅雷软件可以同时下载多个文件,每个下载任务就是一个线程), 可以简单的认为进程是线程的集合。

    线程是一条可以执行的路径。多线程就是同时有多条执行路径在同时(并行)执行。

    3. 进程与线程的关系

    一个程序就是一个进程,而一个程序中的多个任务则被称为线程。进程是表示资源分配的基本单位,又是调度运行的基本单位。,亦即执行处理机调度的基本单位。 进程和线程的关系:

    • 一个线程只能属于一个进程,而一个进程可以有多个线程,但至少有一个线程。线程是操作系统可识别的最小执行和调度单位。

    • 资源分配给进程,同一进程的所有线程共享该进程的所有资源。同一进程中的多个线程共享代码段(代码和常量),数据段(全局变量和静态变量),扩展段(堆存储)。但是每个线程拥有自己的栈段,栈段又叫运行时段,用来存放所有局部变量和临时变量,即每个线程都有自己的堆栈和局部变量。

    • 处理机分给线程,即真正在处理机上运行的是线程。

    • 线程在执行过程中,需要协作同步。不同进程的线程间要利用消息通信的办法实现同步。

    如果把上课的过程比作进程,把老师比作CPU,那么可以把每个学生比作每个线程,所有学生共享这个教室(也就是所有线程共享进程的资源),上课时学生A向老师提出问题,老师对A进行解答,此时可能会有学生B对老师的解答不懂会提出B的疑问(注意:此时可能老师还没有对A同学的问题解答完毕),此时老师又向学生B解惑,解释完之后又继续回答学生A的问题,同一时刻老师只能向一个学生回答问题(即:当多个线程在运行时,同一个CPU在某一个时刻只能服务于一个线程,可能一个线程分配一点时间,时间到了就轮到其它线程执行了,这样多个线程在来回的切换)

    4. 为什么要使用多线程

    多线程可以提高程序的效率。

    实际生活案例:村长要求喜洋洋在一个小时内打100桶水,可以喜洋洋一个小时只能打25桶水,如果这样就需要4个小时才能完成任务,为了在一个小时能够完成,喜洋洋就请美洋洋、懒洋洋、沸洋洋,来帮忙,这样4只羊同时干活,在一小时内完成了任务。原本用4个小时完成的任务现在只需要1个小时就完成了,如果把每只羊看做一个线程,多只羊即多线程可以提高程序的效率。

    5. 多线程应用场景

    • 一般线程之间比较独立,互不影响
    • 一个线程发生问题,一般不影响其它线程

    三:多线程的实现方式

    1. 顺序编程

    顺序编程:程序从上往下的同步执行,即如果第一行代码执行没有结束,第二行代码就只能等待第一行执行结束后才能结束。

    public class Main {
        // 顺序编程 吃喝示例:当吃饭吃不完的时候,是不能喝酒的,只能吃完晚才能喝酒
        public static void main(String[] args) throws Exception {
    		// 先吃饭再喝酒
            eat();
            drink();
        }
    
        private static void eat() throws Exception {
            System.out.println("开始吃饭?...\t" + new Date());
            Thread.sleep(5000);
            System.out.println("结束吃饭?...\t" + new Date());
        }
    
        private static void drink() throws Exception {
            System.out.println("开始喝酒?️...\t" + new Date());
            Thread.sleep(5000);
            System.out.println("结束喝酒?...\t" + new Date());
        }
    }
    

    这里写图片描述

    2. 并发编程

    并发编程:多个任务可以同时做,常用与任务之间比较独立,互不影响。
    线程上下文切换:

    同一个时刻一个CPU只能做一件事情,即同一时刻只能一个线程中的部分代码,假如有两个线程,Thread-0和Thread-1,刚开始CPU说Thread-0你先执行,给你3毫秒时间,Thread-0执行了3毫秒时间,但是没有执行完,此时CPU会暂停Thread-0执行并记录Thread-0执行到哪行代码了,当时的变量的值是多少,然后CPU说Thread-1你可以执行了,给你2毫秒的时间,Thread-1执行了2毫秒也没执行完,此时CPU会暂停Thread-1执行并记录Thread-1执行到哪行代码了,当时的变量的值是多少,此时CPU又说Thread-0又该你,这次我给你5毫秒时间,去执行吧,此时CPU就找出上次Thread-0线程执行到哪行代码了,当时的变量值是多少,然后接着上次继续执行,结果用了2毫秒就Thread-0就执行完了,就终止了,然后CPU说Thread-1又轮到你,这次给你4毫秒,同样CPU也会先找出上次Thread-1线程执行到哪行代码了,当时的变量值是多少,然后接着上次继续开始执行,结果Thread-1在4毫秒内也执行结束了,Thread-1也结束了终止了。CPU在来回改变线程的执行机会称之为线程上下文切换。

    public class Main {
        public static void main(String[] args) {
    	    // 一边吃饭一边喝酒
            new EatThread().start();
            new DrinkThread().start();
        }
    }
    
    class EatThread extends Thread{
        @Override
        public void run() {
            System.out.println("开始吃饭?...\t" + new Date());
            try {
                Thread.sleep(5000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println("结束吃饭?...\t" + new Date());
        }
    }
    
    class DrinkThread extends Thread {
        @Override
        public void run() {
            System.out.println("开始喝酒?️...\t" + new Date());
            try {
                Thread.sleep(5000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println("结束喝酒?...\t" + new Date());
        }
    }
    

    并发编程,一边吃饭一边喝酒总共用时5秒,比顺序编程更快,因为并发编程可以同时运行,而不必等前面的代码运行完之后才允许后面的代码

    这里写图片描述

    本示例主要启动3个线程,一个主线程main thread、一个吃饭线程(Thread-0)和一个喝酒线程(Thread-1),共三个线程, 三个线程并发切换着执行。main线程很快执行完,吃饭线程和喝酒线程会继续执行,直到所有线程(非守护线程)执行完毕,整个程序才会结束,main线程结束并不意味着整个程序结束。
    这里写图片描述

    • 顺序:代码从上而下按照固定的顺序执行,只有上一件事情执行完毕,才能执行下一件事。就像物理电路中的串行,假如有十件事情,一个人来完成,这个人必须先做第一件事情,然后再做第二件事情,最后做第十件事情,按照顺序做。

    • 并行:多个操作同时处理,他们之间是并行的。假如十件事情,两个人来完成,每个人在某个时间点各自做各自的事情,互不影响

    • 并发:将一个操作分割成多个部分执行并且允许无序处理,假如有十件事情,如果有一个人在做,这个人可能做一会这个不想做了,再去做别的,做着做着可能也不想做了,又去干其它事情了,看他心情想干哪个就干哪个,最终把十件事情都做完。如果有两个人在做,他们俩先分一下,比如张三做4件,李四做6件,他们各做自己的,在做自己的事情过程中可以随意的切换到别的事情,不一定要把某件事情干完再去干其它事情,有可能一件事做了N次才做完。

    通常一台电脑只有一个cpu,多个线程属于并发执行,如果有多个cpu,多线程并发执行有可能变成并行执行。
    这里写图片描述

    3. 多线程创建方式

    • 继承 Thread
    • 实现 Runable
    • 实现 Callable
    ①:继成java.lang.Thread, 重写run()方法
    public class Main {
        public static void main(String[] args) {
            new MyThread().start();
        }
    }
    
    class MyThread extends Thread {
        @Override
        public void run() {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\t" + Thread.currentThread().getId());
        }
    }
    

    Thread 类

    package java.lang;
    public class Thread implements Runnable {
    	// 构造方法
    	public Thread(Runnable target);
    	public Thread(Runnable target, String name);
    	
    	public synchronized void start();
    }
    

    Runnable 接口

    package java.lang;
    
    @FunctionalInterface
    public interface Runnable {
        pubic abstract void run();
    }
    

    ②:实现java.lang.Runnable接口,重写run()方法,然后使用Thread类来包装

    public class Main {
        public static void main(String[] args) {
        	 // 将Runnable实现类作为Thread的构造参数传递到Thread类中,然后启动Thread类
            MyRunnable runnable = new MyRunnable();
            new Thread(runnable).start();
        }
    }
    
    class MyRunnable implements Runnable {
        @Override
        public void run() {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\t" + Thread.currentThread().getId());
        }
    }
    

    可以看到两种方式都是围绕着Thread和Runnable,继承Thread类把run()写到类中,实现Runnable接口是把run()方法写到接口中然后再用Thread类来包装, 两种方式最终都是调用Thread类的start()方法来启动线程的。
    两种方式在本质上没有明显的区别,在外观上有很大的区别,第一种方式是继承Thread类,因Java是单继承,如果一个类继承了Thread类,那么就没办法继承其它的类了,在继承上有一点受制,有一点不灵活,第二种方式就是为了解决第一种方式的单继承不灵活的问题,所以平常使用就使用第二种方式

    其它变体写法:

    public class Main {
        public static void main(String[] args) {
            // 匿名内部类
            new Thread(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\t" + Thread.currentThread().getId());
                }
            }).start();
    
            // 尾部代码块, 是对匿名内部类形式的语法糖
            new Thread() {
                @Override
                public void run() {
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\t" + Thread.currentThread().getId());
                }
            }.start();
    
            // Runnable是函数式接口,所以可以使用Lamda表达式形式
            Runnable runnable = () -> {System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\t" + Thread.currentThread().getId());};
            new Thread(runnable).start();
        }
    }
    

    ③:实现Callable接口,重写call()方法,然后包装成java.util.concurrent.FutureTask, 再然后包装成Thread

    Callable:有返回值的线程,能取消线程,可以判断线程是否执行完毕

    public class Main {
        public static void main(String[] args) throws Exception {
        	 // 将Callable包装成FutureTask,FutureTask也是一种Runnable
            MyCallable callable = new MyCallable();
            FutureTask<Integer> futureTask = new FutureTask<>(callable);
            new Thread(futureTask).start();
    
            // get方法会阻塞调用的线程
            Integer sum = futureTask.get();
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + Thread.currentThread().getId() + "=" + sum);
        }
    }
    
    
    class MyCallable implements Callable<Integer> {
    
        @Override
        public Integer call() throws Exception {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\t" + Thread.currentThread().getId() + "\t" + new Date() + " \tstarting...");
    
            int sum = 0;
            for (int i = 0; i <= 100000; i++) {
                sum += i;
            }
            Thread.sleep(5000);
    
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\t" + Thread.currentThread().getId() + "\t" + new Date() + " \tover...");
            return sum;
        }
    }
    

    Callable 也是一种函数式接口

    @FunctionalInterface
    public interface Callable<V> {
        V call() throws Exception;
    }
    

    FutureTask

    public class FutureTask<V> implements RunnableFuture<V> {
    	// 构造函数
    	public FutureTask(Callable<V> callable);
    	
    	// 取消线程
    	public boolean cancel(boolean mayInterruptIfRunning);
    	// 判断线程
    	public boolean isDone();
    	// 获取线程执行结果
    	public V get() throws InterruptedException, ExecutionException;
    }
    

    RunnableFuture

    public interface RunnableFuture<V> extends Runnable, Future<V> {
        void run();
    }
    

    三种方式比较:

    • Thread: 继承方式, 不建议使用, 因为Java是单继承的,继承了Thread就没办法继承其它类了,不够灵活
    • Runnable: 实现接口,比Thread类更加灵活,没有单继承的限制
    • Callable: Thread和Runnable都是重写的run()方法并且没有返回值,Callable是重写的call()方法并且有返回值并可以借助FutureTask类来判断线程是否已经执行完毕或者取消线程执行
    • 当线程不需要返回值时使用Runnable,需要返回值时就使用Callable,一般情况下不直接把线程体代码放到Thread类中,一般通过Thread类来启动线程
    • Thread类是实现Runnable,Callable封装成FutureTask,FutureTask实现RunnableFuture,RunnableFuture继承Runnable,所以Callable也算是一种Runnable,所以三种实现方式本质上都是Runnable实现

    四:线程的状态

    1. 创建(new)状态: 准备好了一个多线程的对象,即执行了new Thread(); 创建完成后就需要为线程分配内存
    2. 就绪(runnable)状态: 调用了start()方法, 等待C