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  • 单线程

    千次阅读 2020-03-21 21:31:25
    简单的说,单线程就是进程中只有一个线程。单线程在程序执行时,所走的程序路径按照连续顺序排下来,前面的必须处理好,后面的才会执行。以上是main方法,是一个主线程。多线程由一个或者多个线程组成的程序就是多...

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    简单的说,单线程就是进程中只有一个线程。单线程在程序执行时,所走的程序路径按照连续顺序排下来,前面的必须处理好,后面的才会执行。以上是main方法,是一个主线程。多线程由一个或者多个线程组成的程序就是多线程,Java中,一定是从主线程开始执行(main方法),然后在主线程的某个位置启动新的线程。二、线程的基本操作2.1 创建创建线程的两种方法1、继承java.lang.Thread上述代码中,MyThread类继承了类java.lang.Thread,并覆写了run方法。主线程从main方法开始执行,当主线程执行至t.start()时,启动新线程(注意此处是调用start方法,不是run方法),新线程会并发执行自身的run方法。2、实现java.lang.Runnable接口 Mythread通过实现Runnable接口,覆写了run方法,实现创建线程的过程,与继承Thread类创建的线程是一样的结果。实际Thread类里边也是通过实现Runnable接口,唯一不同的就是这里边的run方法是空的。里边具体的实现交由外层调用类采用override实现。注意事项:多线程的运行过程中,如果主线程已经执行完成,但是其子线程还在执行,那表明程序还未结束,等到所有的线程都执行完成时,程序才算结束。 2.2 暂停线程中的暂停操作是调用sleep实现的,此方法可以指定对应的时间,实现让线程暂停多久。值得注意的是 线程中如果持有锁,sleep结束之前锁会一直持有,到达时间后才会释放线程调用sleep方法可以实现暂停1s的输出效果,如果在线程执行过程中出现异常,当前线程就会被interrupt,此时异常InterrunpterException就会发生。2.3互斥Java中线程的共享互斥操作,会使用synchronized关键字。线程共享互斥的架构称为监视(monitor),而获取锁有时也称为“持有(own)监视”。每个锁在同一时刻,只能由一个线程持有。注意:synchronized方法或声明执行期间,如程序遇到任何异常或return,线程都会释放锁。1、synchronized方法Java示例1://synchronized实例方法public synchronized void deposit(int m) { System.out.print(“This is synchronized method.”);}注:synchronized实例方法采用this锁(即当前对象)去做线程的共享互斥。Java示例2://synchronized类方法public static synchronized void deposit(int m) { System.out.print(“This is synchronized static method.”);}注:synchronized类方法采用类对象锁(即当前类的类对象)去做线程的共享互斥。如上述示例中,采用类.class(继承自java.lang.Class)作为锁。2、synchronized声明Java示例:public void deposit(int m) { synchronized (this) { System.out.print(“This is synchronized statement with this lock.”); } synchronized (Something.class) { System.out.print(“This is synchronized statement with class lock.”); }}注:synchronized声明可以采用任意锁,上述示例中,分别采用了对象锁(this)和类锁(something.class)2.4 中断java.lang.Thread类有一个interrupt方法,该方法直接对线程调用。当被interrupt的线程正在sleep或wait时,会抛出InterruptedException异常。事实上,interrupt方法只是改变目标线程的中断状态(interrupt status),而那些会抛出InterruptedException异常的方法,如wait、sleep、join等,都是在方法内部不断地检查中断状态的值。interrupt方法Thread实例方法:必须由其它线程获取被调用线程的实例后,进行调用。实际上,只是改变了被调用线程的内部中断状态;Thread.interrupted方法Thread类方法:必须在当前执行线程内调用,该方法返回当前线程的内部中断状态,然后清除中断状态(置为false) ;isInterrupted方法Thread实例方法:用来检查指定线程的中断状态。当线程为中断状态时,会返回true;否则返回false。2.5 协调1、wait set / wait方法wait set是一个虚拟的概念,每个Java类的实例都有一个wait set,当对象执行wait方法时,当前线程就会暂停,并进入该对象的wait set。当发生以下事件时,线程才会退出wait set:①有其它线程以notify方法唤醒该线程②有其它线程以notifyAll方法唤醒该线程③有其它线程以interrupt方法唤醒该线程④wait方法已到期注:当前线程若要执行obj.wait(),则必须先获取该对象锁。当线程进入wait set后,就已经释放了该对象锁。下图中线程A先获得对象锁,然后调用wait()方法(此时线程B无法获取锁,只能等待)。当线程A调用完wait()方法进入wait set后会自动释放锁,线程B获得锁。2、notify方法notify方法相当于从wait set中从挑出一个线程并唤醒。下图中线程A在当前实例对象的wait set中等待,此时线程B必须拿到同一实例的对象锁,才能调用notify方法唤醒wait set中的任意一个线程。注:线程B调用notify方法后,并不会立即释放锁,会有一段时间差。3、notifyAll方法notifyAll方法相当于将wait set中的所有线程都唤醒。4、总结wait、notify、notifyAll这三个方法都是java.lang.Object类的方法(注意,不是Thread类的方法)。若线程没有拿到当前对象锁就直接调用对象的这些方法,都会抛出java.lang.IllegalMonitorStateException异常。obj.wait()是把当前线程放到obj的wait set;obj.notify()是从obj的wait set里唤醒1个线程;obj.notifyAll()是唤醒所有在obj的wait set里的线程。三、线程的状态转移当创建一个Thread子类或实现Runnable接口类的实例时,线程进入【初始】状态;调用实例的start方法后,线程进入【可执行】状态;系统会在某一时刻自动调度处于【可执行】状态的线程,被调度的线程会调用run方法,进入【执行中】状态;线程执行完run方法后,进入【结束】状态;处于【结束】状态的线程,在某一时刻,会被JVM垃圾回收;处于【执行中】状态的线程,若调用了Thread.yield方法,会回到【可执行】状态,等待再次被调度;处于【执行中】状态的线程,若调用了wait方法,会进入wait set并一直等待,直到被其它线程通过notify、notifyAll、interrupt方法唤醒;处于【执行中】状态的线程,若调用了Thread.sleep方法,会进入【Sleep】状态,无法继续向下执行。当sleep时间结束或被interrupt时,会回到【可执行状态】;处于

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    【执行中】状态的线程,若遇到阻塞I/O操作,也会停止等待I/O完成,然后回到【可执行状态】;<1>

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  • //前台线程 进程结束后,任务执行完毕以后,线程才结束 { ThreadStart threadStart1 = () => { Console.WriteLine($"****************btnThread_Click End {Thread.CurrentThread.ManagedThreadId.ToString...
  • 纯内存操作 核心是非阻塞的IO多路复用机制 单线程反而避免了多线程频繁上下文切换的问题
    1. 纯内存操作
    2. 核心是非阻塞的IO多路复用机制
    3. 单线程反而避免了多线程频繁上下文切换的问题
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  • redis单线程架构

    千次阅读 2020-08-29 22:10:57
    Redis单进程单线程架构 1、单线程模型 Redis客户端对服务端的每次调用都经历了发送命令,执行命令,返回结果三个过程。 其中执行命令阶段,由于Redis是单线程来处理命令的,所有每一条到达服务端的命令不会立刻...

    Redis单进程单线程架构
        1、单线程模型
           Redis客户端对服务端的每次调用都经历了发送命令,执行命令,返回结果三个过程。
            其中执行命令阶段,由于Redis是单线程来处理命令的,所有每一条到达服务端的命令不会立刻执行,所有的命令都会进入一个队列中,然后逐个被执行。
            并且多个客户端发送的命令的执行顺序是不确定的。但是可以确定的是不会有两条命令被同时执行,不会产生并发问题,这就是Redis的单线程基本模型。

        2、单线程模型每秒万级别处理能力的原因
        (1)纯内存访问。数据存放在内存中,内存的响应时间大约是100纳秒,这是Redis每秒万亿级别访问的重要基础。
        (2)非阻塞I/O,Redis采用epoll做为I/O多路复用技术的实现,再加上Redis自身的事件处理模型将epoll中的连接,读写,关闭都转换为了时间,不在I/O上浪费过多的时间。
        (3)单线程避免了线程切换和竞态产生的消耗。
        (4)Redis采用单线程模型,每条命令执行如果占用大量时间,会造成其他线程阻塞,对于Redis这种高性能服务是致命的,所以Redis是面向高速执行的数据库。

    单进程单线程好处:
        代码更清晰,处理逻辑更简单
        不用去考虑各种锁的问题,不存在加锁释放锁操作,没有因为可能出现死锁而导致的性能消耗
        不存在多进程或者多线程导致的切换而消耗CPU

    单进程单线程弊端
        无法发挥多核CPU性能,不过可以通过在单机开多个Redis实例来完善;

    其他一些优秀的开源软件采用的模型
        多进程单线程模型:Nginx
        单进程多线程模型:Memcached

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  • 文章目录单 Reactor 单线程工作原理示意图方案说明方案优缺点分析优点缺点使用场景单 Reactor 多线程工作原理示意图方案说明方案优缺点分析优点缺点主从 Reactor 多线程工作原理示意图方案说明方案优缺点分析优点...

    前文

    NIO介绍

    NIO —— 三大组件

    Netty —— 概述

    Netty —— 下载、安装

    单 Reactor 单线程

    工作原理示意图

    在这里插入图片描述

    方案说明

    • 1)Select 是前面 I/O 复用模型介绍的标准网络编程 API,可以实现应用程序通过一个阻塞对象监听多路连接请求
    • 2)Reactor 对象通过 Select 监控客户端请求事件,收到事件后通过 Dispatch 进行分发
    • 3)如果是建立连接请求事件,则由 Acceptor 通过 Accept 处理连接请求,然后创建一个 Handler 对象处理连接完成后的后续业务处理
    • 4)如果不是建立连接事件,则 Reactor 会分发调用连接对应的 Handler 来响应
    • 5)Handler 会完成 Read ——> 业务处理 ——> Send 的完整业务流程

    结合实例:服务器调用一个线程通过多路复用搞定所有的 IO 操作(包括连接,读、写等),编码简单,清晰明了,但是如果客户端连接数量较多,将无法支撑

    方案优缺点分析

    优点

    模型简单,没有多线程、进程通信。竞争的问题,全部都在一个线程中完成

    缺点

    性能问题,只有一个线程,无法完全发挥多核 CPU 的性能,Handler 在处理某个连接上的业务时,整个进程无法处理其它连接事件,很容易导致性能瓶颈;可靠性问题,线程意外终止,或者进入死循环,会导致整个系统通信模块不可用,不能接收和处理外部消息,造成节点故障

    使用场景

    客户端的数量有限,业务处理非常快速,比如 Redis 在业务处理的时间复杂度为 O(1) 的情况

    单 Reactor 多线程

    工作原理示意图

    在这里插入图片描述

    方案说明

    • 1)Reactor 对象通过 select 监控客户端请求事件,收到事件后,通过 dispatch 进行分发
    • 2)如果是建立连接请求,则由 Acceptor 通过 accept 处理连接请求,然后创建一个 Handler 对象处理完成连接后的各种事件
    • 3)如果不是连接请求,则由 Reactor 对象会分发调用连接对应的 Handler 来处理
    • 4)Handler 只负责响应事件,不做具体的业务处理,通过 read 读取数据后,会分发给后面的 Worker 线程池的某个线程处理业务
    • 5)Worker 线程池会分配独立线程完成真正的业务,并将结果返回给 Handler
    • 6)Handler 收到响应后,通过 send 将结果返回给 Client

    方案优缺点分析

    优点

    可以充分的利用多核 CPU 的处理能力

    缺点

    多线程会进行数据共享和访问比较复杂,Reactor 处理所有的事件的监听和响应,在单线程中运行,在高并发场景容易出现性能瓶颈

    主从 Reactor 多线程

    工作原理示意图

    针对单 Reactor 多线程模型中,Reactor 在单线程中运行,高并发场景下容易成为性能瓶颈,可以让 Reactor 在多线程中运行
    在这里插入图片描述

    方案说明

    • 1)Reactor 主线程 MainReactor 对象通过 select 监听连接事件,收到事件后,通过 Acceptor 处理连接事件
    • 2)当 Acceptor 处理连接事件后,MainReactor 将连接分配给 SubReactor
    • 3)SubReactor 将连接加入到连接队列进行监听,并创建 Handler 进行各种事件处理
    • 4)当有新事件发生时,SubReactor 就会调用对应的 Handler 处理 handler
    • 5)handler 通过 read 读取数据,分发给后面的 worker 线程处理
    • 6)worker 线程池会分配独立的 worker 线程进行业务处理,并返回结果
    • 7)handler 收到响应的结果后,再通过 send 将结果返回给 Client
    • 8)Reactor 主线程可以对应多个 Reactor 子线程,即 MainReactor 可以关联多个 SubReactor

    方案优缺点分析

    优点

    • 父线程与子线程的数据交互简单职责明确,父线程只需要接收新连接,子线程完成后续的业务处理
    • 父线程与子线程的数据交互简单,Reactor 主线程只需要把新连接传给子线程,子线程无需返回数据

    缺点

    编程复杂度较高

    结合实例

    这种模型在许多项目中广泛使用,包括 Nginx 主从 Reactor 多进程模型,Memcached 主从多线程,Netty 主从多线程模型的支持

    Reactor 模式小结

    3 种模式有哪个生活案例来理解

    • 1)单 Reactor 单线程,前台接待员和服务员是同一个人,全程为顾客服务
    • 2)单 Reactor 多线程,1 个前台接待员,多个服务员,接待员只负责接待
    • 3)主从 Reactor 多线程,多个前台接待员,多个服务生

    Reactor 模式具有如下的优点

    • 1)响应快,不必为单个同步时间所阻塞,虽然 Reactor 本身依然是同步的
    • 2)可以最大程度的避免复杂的多线程及同步问题,并且避免了多线程 / 进程的切换开销
    • 3)扩展性好,可以方便的通过增加 Reactor 实例个数来充分利用 CPU 资源
    • 4)复用性好,Reactor 模型本身与具体事件处理逻辑无关,具有很高的复用性
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