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  • 多线程():创建线程和线程的常用方法

    万次阅读 多人点赞 2018-09-01 19:14:23
    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),但是作为一个高级程序员如果不会多线程是说不过去的。 二:进程与线程 ...
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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。

    • 对于单核CPU而言:多线程就是一个CPU在来回的切换,在交替执行。
    • 对于多核CPU而言:多线程就是同时有多条执行路径在同时(并行)执行,每个核执行一个线程,多个核就有可能是一块同时执行的。

    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

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    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CPU进行调度
    3. 运行(running)状态: 执行run()方法
    4. 阻塞(blocked)状态: 暂时停止执行线程,将线程挂起(sleep()、wait()、join()、没有获取到锁都会使线程阻塞), 可能将资源交给其它线程使用
    5. 死亡(terminated)状态: 线程销毁(正常执行完毕、发生异常或者被打断interrupt()都会导致线程终止)

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    五:Thread常用方法

    Thread

    public class Thread implements Runnable {
        // 线程名字
        private volatile String name;
        // 线程优先级(1~10)
        private int priority;
        // 守护线程
        private boolean daemon = false;
        // 线程id
        private long tid;
        // 线程组
        private ThreadGroup group;
        
        // 预定义3个优先级
        public final static int MIN_PRIORITY = 1;
        public final static int NORM_PRIORITY = 5;
        public final static int MAX_PRIORITY = 10;
        
        
        // 构造函数
        public Thread();
        public Thread(String name);
        public Thread(Runnable target);
        public Thread(Runnable target, String name);
        // 线程组
        public Thread(ThreadGroup group, Runnable target);
        
        
        // 返回当前正在执行线程对象的引用
        public static native Thread currentThread();
        
        // 启动一个新线程
        public synchronized void start();
        // 线程的方法体,和启动线程没毛关系
        public void run();
        
        // 让线程睡眠一会,由活跃状态改为挂起状态
        public static native void sleep(long millis) throws InterruptedException;
        public static void sleep(long millis, int nanos) throws InterruptedException;
        
        // 打断线程 中断线程 用于停止线程
        // 调用该方法时并不需要获取Thread实例的锁。无论何时,任何线程都可以调用其它线程的interruptf方法
        public void interrupt();
        public boolean isInterrupted()
        
        // 线程是否处于活动状态
        public final native boolean isAlive();
        
        // 交出CPU的使用权,从运行状态改为挂起状态
        public static native void yield();
        
        public final void join() throws InterruptedException
        public final synchronized void join(long millis)
        public final synchronized void join(long millis, int nanos) throws InterruptedException
        
        
        // 设置线程优先级
        public final void setPriority(int newPriority);
        // 设置是否守护线程
        public final void setDaemon(boolean on);
        // 线程id
        public long getId() { return this.tid; }
        
        
        // 线程状态
        public enum State {
            // new 创建
            NEW,
    
            // runnable 就绪
            RUNNABLE,
    
            // blocked 阻塞
            BLOCKED,
    
            // waiting 等待
            WAITING,
    
            // timed_waiting
            TIMED_WAITING,
    
            // terminated 结束
            TERMINATED;
        }
    }
    
    public static void main(String[] args) {
        // main方法就是一个主线程
    
        // 获取当前正在运行的线程
        Thread thread = Thread.currentThread();
        // 线程名字
        String name = thread.getName();
        // 线程id
        long id = thread.getId();
        // 线程优先级
        int priority = thread.getPriority();
        // 是否存活
        boolean alive = thread.isAlive();
        // 是否守护线程
        boolean daemon = thread.isDaemon();
    
        // Thread[name=main, id=1 ,priority=5 ,alive=true ,daemon=false]
        System.out.println("Thread[name=" + name + ", id=" + id + " ,priority=" + priority + " ,alive=" + alive + " ,daemon=" + daemon + "]");
    }
    
    0. Thread.currentThread()
    public static void main(String[] args) {
        Thread thread = Thread.currentThread();
        // 线程名称
        String name = thread.getName();
        // 线程id
        long id = thread.getId();
        // 线程已经启动且尚未终止
        // 线程处于正在运行或准备开始运行的状态,就认为线程是“存活”的
        boolean alive = thread.isAlive();
        // 线程优先级
        int priority = thread.getPriority();
        // 是否守护线程
        boolean daemon = thread.isDaemon();
        
        // Thread[name=main,id=1,alive=true,priority=5,daemon=false]
        System.out.println("Thread[name=" + name + ",id=" + id + ",alive=" + alive + ",priority=" + priority + ",daemon=" + daemon + "]");
    }
    
    1. start() 与 run()
    public static void main(String[] args) throws Exception {
       new Thread(()-> {
           for (int i = 0; i < 5; i++) {
               System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " " + i);
               try { Thread.sleep(200); } catch (InterruptedException e) { }
           }
       }, "Thread-A").start();
    
       new Thread(()-> {
           for (int j = 0; j < 5; j++) {
               System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " " + j);
               try { Thread.sleep(200); } catch (InterruptedException e) { }
           }
       }, "Thread-B").start();
    }
    

    start(): 启动一个线程,线程之间是没有顺序的,是按CPU分配的时间片来回切换的。
    这里写图片描述

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        new Thread(()-> {
            for (int i = 0; i < 5; i++) {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " " + i);
                try { Thread.sleep(200); } catch (InterruptedException e) { }
            }
        }, "Thread-A").run();
    
        new Thread(()-> {
            for (int j = 0; j < 5; j++) {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " " + j);
                try { Thread.sleep(200); } catch (InterruptedException e) { }
            }
        }, "Thread-B").run();
    }
    

    注意:执行结果都是main主线程
    这里写图片描述

    run(): 调用线程的run方法,就是普通的方法调用,虽然将代码封装到两个线程体中,可以看到线程中打印的线程名字都是main主线程,run()方法用于封装线程的代码,具体要启动一个线程来运行线程体中的代码(run()方法)还是通过start()方法来实现,调用run()方法就是一种顺序编程不是并发编程。

    有些面试官经常问一些启动一个线程是用start()方法还是run()方法,为了面试而面试。

    2. sleep() 与 interrupt()
    public static native void sleep(long millis) throws InterruptedException;
    public void interrupt();
    

    sleep(long millis): 睡眠指定时间,程序暂停运行,睡眠期间会让出CPU的执行权,去执行其它线程,同时CPU也会监视睡眠的时间,一旦睡眠时间到就会立刻执行(因为睡眠过程中仍然保留着锁,有锁只要睡眠时间到就能立刻执行)。

    • sleep(): 睡眠指定时间,即让程序暂停指定时间运行,时间到了会继续执行代码,如果时间未到就要醒需要使用interrupt()来随时唤醒
    • interrupt(): 唤醒正在睡眠的程序,调用interrupt()方法,会使得sleep()方法抛出InterruptedException异常,当sleep()方法抛出异常就中断了sleep的方法,从而让程序继续运行下去
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        Thread thread0 = new Thread(()-> {
            try {
                System.out.println(new Date() + "\t" + Thread.currentThread().getName() + "\t太困了,让我睡10秒,中间有事叫我,zZZ。。。");
                Thread.sleep(10000);
            } catch (InterruptedException e) {
                System.out.println(new Date() + "\t" + Thread.currentThread().getName() + "\t被叫醒了,又要继续干活了");
            }
        });
        thread0.start();
    
        // 这里睡眠只是为了保证先让上面的那个线程先执行
        Thread.sleep(2000);
    
        new Thread(()-> {
            System.out.println(new Date() + "\t" + Thread.currentThread().getName() + "\t醒醒,醒醒,别睡了,起来干活了!!!");
            // 无需获取锁就可以调用interrupt
            thread0.interrupt();
        }).start();
    }
    

    这里写图片描述

    3. wait() 与 notify()

    wait、notify和notifyAll方法是Object类的final native方法。所以这些方法不能被子类重写,Object类是所有类的超类,因此在程序中可以通过this或者super来调用this.wait(), super.wait()

    • wait(): 导致线程进入等待阻塞状态,会一直等待直到它被其他线程通过notify()或者notifyAll唤醒。该方法只能在同步方法中调用。如果当前线程不是锁的持有者,该方法抛出一个IllegalMonitorStateException异常。wait(long timeout): 时间到了自动执行,类似于sleep(long millis)
    • notify(): 该方法只能在同步方法或同步块内部调用, 随机选择一个(注意:只会通知一个)在该对象上调用wait方法的线程,解除其阻塞状态
    • notifyAll(): 唤醒所有的wait对象

    注意:

    • Object.wait()和Object.notify()和Object.notifyall()必须写在synchronized方法内部或者synchronized块内部
    • 让哪个对象等待wait就去通知notify哪个对象,不要让A对象等待,结果却去通知B对象,要操作同一个对象

    Object

    public class Object {
    	public final void wait() throws InterruptedException;
    	public final native void wait(long timeout) throws InterruptedException;
    	public final void wait(long timeout, int nanos) throws InterruptedException;
    	
    	
    	public final native void notify();
    	public final native void notifyAll();
    }
    

    WaitNotifyTest

    public class WaitNotifyTest {
        public static void main(String[] args) throws Exception {
            WaitNotifyTest waitNotifyTest = new WaitNotifyTest();
            new Thread(() -> {
                try {
                    waitNotifyTest.printFile();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
    
            }).start();
    
            new Thread(() -> {
                try {
                    waitNotifyTest.printFile();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
    
            }).start();
    
            new Thread(() -> {
                try {
                    System.out.println(new Date() + "\t" + Thread.currentThread().getName() + "\t睡觉1秒中,目的是让上面的线程先执行,即先执行wait()");
                    Thread.sleep(1000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
    
                waitNotifyTest.notifyPrint();
            }).start();
        }
    
        private synchronized void printFile() throws InterruptedException {
            System.out.println(new Date() + "\t" + Thread.currentThread().getName() + "\t等待打印文件...");
            this.wait();
            System.out.println(new Date() + "\t" + Thread.currentThread().getName() + "\t打印结束。。。");
        }
    
        private synchronized void notifyPrint() {
            this.notify();
            System.out.println(new Date() + "\t" + Thread.currentThread().getName() + "\t通知完成...");
        }
    }
    
    

    这里写图片描述

    wait():让程序暂停执行,相当于让当前,线程进入当前实例的等待队列,这个队列属于该实例对象,所以调用notify也必须使用该对象来调用,不能使用别的对象来调用。调用wait和notify必须使用同一个对象来调用。
    这里写图片描述

    this.notifyAll();
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    4. sleep() 与 wait()
    ① Thread.sleep(long millis): 睡眠时不会释放锁
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Object lock = new Object();
    
        new Thread(() -> {
            synchronized (lock) {
                for (int i = 0; i < 5; i++) {
                    System.out.println(new Date() + "\t" + Thread.currentThread().getName() + "\t" + i);
                    try { Thread.sleep(1000); } catch (InterruptedException e) { }
                }
            }
        }).start();
    
        Thread.sleep(1000);
    
        new Thread(() -> {
            synchronized (lock) {
                for (int i = 0; i < 5; i++) {
                    System.out.println(new Date() + "\t" + Thread.currentThread().getName() + "\t" + i);
                }
            }
        }).start();
    }
    

    因main方法中Thread.sleep(1000)所以上面的线程Thread-0先被执行,当循环第一次时就会Thread.sleep(1000)睡眠,因为sleep并不会释放锁,所以Thread-1得不到执行的机会,所以直到Thread-0执行完毕释放锁对象lock,Thread-1才能拿到锁,然后执行Thread-1;
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    5. wait() 与 interrupt()

    wait(): 方法的作用是释放锁,加入到等待队列,当调用interrupt()方法后,线程必须先获取到锁后,然后才抛出异常InterruptedException 。注意: 在获取锁之前是不会抛出异常的,只有在获取锁之后才会抛异常

    所有能抛出InterruptedException的方法都可以通过interrupt()来取消的

    public static native void sleep(long millis) throws InterruptedException;
    public final void wait() throws InterruptedException;
    public final void join() throws InterruptedException;
    public void interrupt()

    notify()和interrupt()
    从让正在wait的线程重新运行这一点来说,notify方法和intterrupt方法的作用有些类似,但仍有以下不同之处:

    • notify/notifyAll是java.lang.Object类的方法,唤醒的是该实例的等待队列中的线程,而不能直接指定某个具体的线程。notify/notifyAll唤醒的线程会继续执行wait的下一条语句,另外执行notify/notifyAll时线程必须要获取实例的锁

    • interrupte方法是java.lang.Thread类的方法,可以直接指定线程并唤醒,当被interrupt的线程处于sleep或者wait中时会抛出InterruptedException异常。执行interrupt()并不需要获取取消线程的锁。

    • 总之notify/notifyAll和interrupt的区别在于是否能直接让某个指定的线程唤醒、执行唤醒是否需要锁、方法属于的类不同

    6. interrupt()

    有人也许认为“当调用interrupt方法时,调用对象的线程就会InterruptedException异常”, 其实这是一种误解,实际上interrupt方法只是改变了线程的“中断状态”而已,所谓中断状态是一个boolean值,表示线程是否被中断的状态。

    public class Thread implements Runnable {
    	public void interrupt() {
    		中断状态 = true;
    	}
    	
    	// 检查中断状态
    	public boolean isInterrupted();
    	
    	// 检查中断状态并清除当前线程的中断状态
    	public static boolean interrupted() {
    		// 伪代码
    		boolean isInterrupted = isInterrupted();
    		中断状态 = false;
    	}
    }	
    

    假设Thread-0执行了sleep、wait、join中的一个方法而停止运行,在Thread-1中调用了interrupt方法,此时线程Thread-0的确会抛出InterruptedException异常,但这其实是sleep、wait、join中的方法内部会对线程的“中断状态”进行检查,如果中断状态为true,就会抛出InterruptedException异常。假如某个线程的中断状态为true,但线程体中却没有调用或者没有判断线程中断状态的值,那么线程则不会抛出InterruptedException异常。

    isInterrupted() 检查中断状态
    若指定线程处于中断状态则返回true,若指定线程为非中断状态,则反回false, isInterrupted() 只是获取中断状态的值,并不会改变中断状态的值。

    interrupted()
    检查中断状态并清除当前线程的中断状态。如当前线程处于中断状态返回true,若当前线程处于非中断状态则返回false, 并清除中断状态(将中断状态设置为false), 只有这个方法才可以清除中断状态,Thread.interrupted的操作对象是当前线程,所以该方法并不能用于清除其它线程的中断状态。

    interrupt()与interrupted()

    • interrupt():打断线程,将中断状态修改为true
    • interrupted(): 不打断线程,获取线程的中断状态,并将中断状态设置为false

    这里写图片描述

    public class InterrupptTest {
        public static void main(String[] args) {
            Thread thread = new Thread(new MyRunnable());
            thread.start();
            boolean interrupted = thread.isInterrupted();
            // interrupted=false
            System.out.println("interrupted=" + interrupted);
    
            thread.interrupt();
    
            boolean interrupted2 = thread.isInterrupted();
            // interrupted2=true
            System.out.println("interrupted2=" + interrupted2);
    
            boolean interrupted3 = Thread.interrupted();
            // interrupted3=false
            System.out.println("interrupted3=" + interrupted3);
        }
    }
    
    class MyRunnable implements Runnable {
        @Override
        public void run() {
            synchronized (this) {
                try {
                    wait();
                } catch (InterruptedException e) {
                    // InterruptedException	false
                    System.out.println("InterruptedException\t" + Thread.currentThread().isInterrupted());
                }
            }
        }
    }
    
    

    这里写图片描述

    ② object.wait(long timeout): 会释放锁
    public class SleepWaitTest {
        public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
            SleepWaitTest object = new SleepWaitTest();
    
            new Thread(() -> {
                synchronized (object) {
                    System.out.println(new Date() + "\t" + Thread.currentThread().getName() + "\t等待打印文件...");
                    try {
                        object.wait(5000);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    System.out.println(new Date() + "\t" + Thread.currentThread().getName() + "\t打印结束。。。");
                }
            }).start();
    
    		 // 先上面的线程先执行
            Thread.sleep(1000);
    
            new Thread(() -> {
                synchronized (object) {
                    for (int i = 0; i < 5; i++) {
                        System.out.println(new Date() + "\t" + Thread.currentThread().getName() + "\t" + i);
                    }
                }
            }).start();
        }
    }
    

    因main方法中有Thread.sleep(1000)所以上面的线程Thread-0肯定会被先执行,当Thread-0被执行时就拿到了object对象锁,然后进入wait(5000)5秒钟等待,此时wait释放了锁,然后Thread-1就拿到了锁就执行线程体,Thread-1执行完后就释放了锁,当等待5秒后Thread-0就能再次获取object锁,这样就继续执行后面的代码。wait方法是释放锁的,如果wait方法不释放锁那么Thread-1是拿不到锁也就没有执行的机会的,事实是Thread-1得到了执行,所以说wait方法会释放锁

    这里写图片描述

    ③ sleep与wait的区别
    • sleep在Thread类中,wait在Object类中
    • sleep不会释放锁,wait会释放锁
    • sleep使用interrupt()来唤醒,wait需要notify或者notifyAll来通知
    5.join()

    让当前线程加入父线程,加入后父线程会一直wait,直到子线程执行完毕后父线程才能执行。当我们调用某个线程的这个方法时,这个方法会挂起调用线程,直到被调用线程结束执行,调用线程才会继续执行。

    将某个线程加入到当前线程中来,一般某个线程和当前线程依赖关系比较强,必须先等待某个线程执行完毕才能执行当前线程。一般在run()方法内使用

    join() 方法:

    public final void join() throws InterruptedException {
            join(0);
    }
    
    
    public final synchronized void join(long millis) throws InterruptedException {
        long base = System.currentTimeMillis();
        long now = 0;
    
        if (millis < 0) {
            throw new IllegalArgumentException("timeout value is negative");
        }
    
        if (millis == 0) {
        	 // 循环检查线程的状态是否还活着,如果死了就结束了,如果活着继续等到死
            while (isAlive()) {
                wait(0);
            }
        } else {
            while (isAlive()) {
                long delay = millis - now;
                if (delay <= 0) {
                    break;
                }
                wait(delay);
                now = System.currentTimeMillis() - base;
            }
        }
    }
    
    
    public final synchronized void join(long millis, int nanos) throws InterruptedException {
    
        if (millis < 0) {
            throw new IllegalArgumentException("timeout value is negative");
        }
    
        if (nanos < 0 || nanos > 999999) {
            throw new IllegalArgumentException("nanosecond timeout value out of range");
        }
    
        if (nanos >= 500000 || (nanos != 0 && millis == 0)) {
            millis++;
        }
    
        join(millis);
    }
    
    

    JoinTest

    public class JoinTest {
        public static void main(String[] args) {
            new Thread(new ParentRunnable()).start();
        }
    }
    
    class ParentRunnable implements Runnable {
        @Override
        public void run() {
            // 线程处于new状态
            Thread childThread = new Thread(new ChildRunable());
            // 线程处于runnable就绪状态
            childThread.start();
            try {
                // 当调用join时,parent会等待child执行完毕后再继续运行
                // 将某个线程加入到当前线程
                childThread.join();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
    
            for (int i = 0; i < 5; i++) {
                System.out.println(new Date() + "\t" + Thread.currentThread().getName() + "父线程 running");
            }
        }
    }
    
    class ChildRunable implements Runnable {
        @Override
        public void run() {
            for (int i = 0; i < 5; i++) {
                try { Thread.sleep(1000); } catch (InterruptedException e) {}
                System.out.println(new Date() + "\t" + Thread.currentThread().getName() + "子线程 running");
            }
        }
    }
    
    

    程序进入主线程,运行Parent对应的线程,Parent的线程代码分两段,一段是启动一个子线程,一段是Parent线程的线程体代码,首先会将Child线程加入到Parent线程,join()方法会调用join(0)方法(join()方法是普通方法并没有加锁,join(0)会加锁),join(0)会执行while(isAlive()) { wait(0);} 循环判断线程是否处于活动状态,如果是继续wait(0)知道isAlive=false结束掉join(0), 从而结束掉join(), 最后回到Parent线程体中继续执行其它代码。

    在Parent调用child.join()后,child子线程正常运行,Parent父线程会等待child子线程结束后再继续运行。
    这里写图片描述

    • join() 和 join(long millis, int nanos) 最后都调用了 join(long millis)。

    • join(long millis, int nanos)和join(long millis)方法 都是synchronized。

    • join() 调用了join(0),从源码可以看到join(0)不断检查当前线程是否处于Active状态。

    • join() 和 sleep() 一样,都可以被中断(被中断时,会抛出 InterrupptedException 异常);不同的是,join() 内部调用了wait(),会出让锁,而 sleep() 会一直保持锁。

    6. yield()

    交出CPU的执行时间,不会释放锁,让线程进入就绪状态,等待重新获取CPU执行时间,yield就像一个好人似的,当CPU轮到它了,它却说我先不急,先给其他线程执行吧, 此方法很少被使用到,

    /**
     * A hint to the scheduler that the current thread is willing to yield
     * its current use of a processor. The scheduler is free to ignore this
     * hint.
     *
     * <p> Yield is a heuristic attempt to improve relative progression
     * between threads that would otherwise over-utilise a CPU. Its use
     * should be combined with detailed profiling and benchmarking to
     * ensure that it actually has the desired effect.
     *
     * <p> It is rarely appropriate to use this method. It may be useful
     * for debugging or testing purposes, where it may help to reproduce
     * bugs due to race conditions. It may also be useful when designing
     * concurrency control constructs such as the ones in the
     * {@link java.util.concurrent.locks} package.
     */
    public static native void yield();
    

    这里写图片描述

    public static void main(String[] args) {
        new Thread(new Runnable() {
            int sum = 0;
            @Override
            public void run() {
                long beginTime=System.currentTimeMillis();
                for (int i = 0; i < 99999; i++) {
                    sum += 1;
                    // 去掉该行执行用2毫秒,加上271毫秒
                    Thread.yield();
                }
                long endTime=System.currentTimeMillis();
                System.out.println("用时:"+ (endTime - beginTime) + " 毫秒!");
            }
        }).start();
    }
    

    sleep(long millis) 与 yeid()

    • sleep(long millis): 需要指定具体睡眠的时间,不会释放锁,睡眠期间CPU会执行其它线程,睡眠时间到会立刻执行
    • yeid(): 交出CPU的执行权,不会释放锁,和sleep不同的时当再次获取到CPU的执行,不能确定是什么时候,而sleep是能确定什么时候再次执行。两者的区别就是sleep后再次执行的时间能确定,而yeid是不能确定的
    • yield会把CPU的执行权交出去,所以可以用yield来控制线程的执行速度,当一个线程执行的比较快,此时想让它执行的稍微慢一些可以使用该方法,想让线程变慢可以使用sleep和wait,但是这两个方法都需要指定具体时间,而yield不需要指定具体时间,让CPU决定什么时候能再次被执行,当放弃到下次再次被执行的中间时间就是间歇等待的时间
    7. setDaemon(boolean on)

    线程分两种:

    • 用户线程:如果主线程main停止掉,不会影响用户线程,用户线程可以继续运行。
    • 守护线程:如果主线程死亡,守护线程如果没有执行完毕也要跟着一块死(就像皇上死了,带刀侍卫也要一块死),GC垃圾回收线程就是守护线程
    public static void main(String[] args) {
        Thread thread = new Thread() {
            @Override
            public void run() {
                IntStream.range(0, 5).forEach(i -> {
                    try {
                        Thread.sleep(1000);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\ti=" + i);
                });
            }
        };
        thread.start();
    
    
        for (int i = 0; i < 2; i++) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\ti=" + i);
        }
        System.out.println("主线程执行结束,子线程仍然继续执行,主线程和用户线程的生命周期各自独立。");
    }
    

    这里写图片描述

    public static void main(String[] args) {
        Thread thread = new Thread() {
            @Override
            public void run() {
                IntStream.range(0, 5).forEach(i -> {
                    try {
                        Thread.sleep(1000);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\ti=" + i);
                });
            }
        };
        thread.setDaemon(true);
        thread.start();
    
    
        for (int i = 0; i < 2; i++) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\ti=" + i);
        }
        System.out.println("主线程死亡,子线程也要陪着一块死!");
    }
    

    这里写图片描述

    六 线程组

    可以对线程分组,分组后可以统一管理某个组下的所有线程,例如统一中断所有线程

    public class ThreadGroup implements Thread.UncaughtExceptionHandler {
        private final ThreadGroup parent;
        String name;
        int maxPriority;
        
        Thread threads[];
        
        private ThreadGroup() {
            this.name = "system";
            this.maxPriority = Thread.MAX_PRIORITY;
            this.parent = null;
        }
        
        public ThreadGroup(String name) {
            this(Thread.currentThread().getThreadGroup(), name);
        }
        
        public ThreadGroup(ThreadGroup parent, String name) {
            this(checkParentAccess(parent), parent, name);
        }
        
        // 返回此线程组中活动线程的估计数。 
        public int activeGroupCount();
        
        // 中断此线程组中的所有线程。
        public final void interrupt();
    }
    
    public static void main(String[] args) {
        String mainThreadGroupName = Thread.currentThread().getThreadGroup().getName();
        System.out.println(mainThreadGroupName);
        // 如果一个线程没有指定线程组,默认为当前线程所在的线程组
        new Thread(() -> { }, "my thread1").start();
    
        ThreadGroup myGroup = new ThreadGroup("MyGroup");
        myGroup.setMaxPriority(5);
    
        Runnable runnable = () -> {
            try {
                Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            ThreadGroup threadGroup = Thread.currentThread().getThreadGroup();
            String groupName = threadGroup.getName();
            ThreadGroup parentGroup = threadGroup.getParent();
            String parentGroupName = parentGroup.getName();
            ThreadGroup grandpaThreadGroup = parentGroup.getParent();
            String grandpaThreadGroupName = grandpaThreadGroup.getName();
            int maxPriority = threadGroup.getMaxPriority();
            int activeCount = myGroup.activeCount();
    
            // system <- main <- MyGroup(1) <- my thread2
            System.out.println(MessageFormat.format("{0} <- {1} <- {2}({3}) <- {4}",
                    grandpaThreadGroupName,
                    parentGroupName,
                    groupName,
                    activeCount,
                    Thread.currentThread().getName()));
        };
    
        new Thread(myGroup, runnable, "my thread2").start();
    }
    

    线程组与线程组之间是有父子关系的,自定义线程组的父线程组是main线程组,main线程组的父线程组是system线程组。
    这里写图片描述

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  • 前面几篇是介绍tkinter GUI编程的,我想这个有时间得出一个系列的,比较完整能够入门的教程。好了本文介绍threading模块,中文的意思是线程。要说线程,你第一反应应该是听说过进程。在电脑里,强制关闭那个程序,...

           前面几篇是介绍tkinter GUI编程的,我想这个有时间得出一个系列的,比较完整能够入门的教程。好了本文介绍threading模块,中文的意思是线程。要说线程,你第一反应应该是听说过进程。在电脑里,强制关闭那个程序,就要杀掉哪个对应的进程。作为测试人员来讲,线程基本上没有接触过的。我也没有线程的相关基础知识,我一开始去百度百科,看了下线程。说线程是一个轻量级的进程,多个线程共享进程的资源。线程是CPU能够调度的最小单位,等等,这些概念,把我搞晕,无从下手的感觉。

    1. 什么是线程

           这里不说专业计算机词语解释,举例来解释线程。一份工作,可以一个人,给他足够时间,他一定能够完成;也可以找多个人,短期内完成。这里一个人人干完一个或,就好比单线程工作模式,多个人同时干完一份工作,就叫多线程模式,只是在多线程模式下,一个任务被划分成多个子任务,然后这些子任务分别被不同的线程给完成了。关于线程我们就先通过这样通俗解释,理解就好。我们先不管多线程,先学习下单线程。

    2. 先了解一个概念

    import threading
    
    
    def exampleFun():
    
        # 打印当前激活的线程数量
        print(threading.active_count())
    
        # 查看上面激活的线程是哪几个
        print(threading.enumerate())
    
    # 调用函数执行
    exampleFun()
           我们在使用线程之前,需要导入相关lib,这个lib我们用threading。上面我们先了解线程的两个函数,第一个是计算当前一共有多少个激活的线程,第二个方法是显示激活线程是那些。运行一下,看下结果输出。
    ================ RESTART: C:/Users/Anthony/Desktop/thread1.py ================
    2
    [<_MainThread(MainThread, started 5548)>, <Thread(SockThread, started daemon 5768)>]
    >>> 
    1)显示我当前有两个激活的线程。

    2)打印这两个激活线程,_MainThread,表示一个主线程,后面第二个是这个主线程的子线程,多个线程中,只能有一个主线程。

    3. 如何创建一个线程

    import threading
    
    
    def exampleFuc():
        added_thread = threading.Thread(target=thread_job)
        added_thread.start()
       
    
    def thread_job():
        print('这是一个添加的线程,系列号是%s' % threading.current_thread())
    
    
    exampleFuc()
    
            上面的exampleFuc()是一个普通函数,这个函数里面创建了一个线程,可以创建多个,定义了哪个线程干什么工作。target=thread_job,thread_job是我们定义的一个具体干活的函数,target就是目标,这里就是告诉这个新建的线程,需要做什么工作。记住,不要写成这样target=thread_job(),这里带了小括号是不对的。thread.start(),表示运行这个线程。这里,执行了一次线程,就打印一次线程的名称。效果如下

    这是一个添加的线程,系列号是<Thread(Thread-1, started 5164)>



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  • 对于IO密集型网上还有一个公式:线程数 = CPU核心数/(1-阻塞系数) 这个阻塞系数一般为0.8~0.9之间,可以取0.8或者0.9。 我觉这个公式有一定的道理,考虑了阻塞的概念。 在我们的业务开发中,基本

    目前按照我看过的一些开源框架,线程池中线程数量主要是根据应用的类型:IO密集型(2n +1 ),CPU密集型设置为 n + 1。

    但实际情况往往复杂的多,不会按照这个进行设置,进行这种设置,通常是框架层面,例如netty,dubbo这种底层通讯框架会参考这样的标准去设置,在实际业务中往往不会这样做。

    对于IO密集型网上还有一个公式:线程数 = CPU核心数/(1-阻塞系数)

    这个阻塞系数一般为0.8~0.9之间,可以取0.8或者0.9。

    我觉这个公式有一定的道理,考虑了阻塞的概念。

    在我们的业务开发中,基本上都是IO密集型,因为往往都会去操作数据库,访问redis,es等存储型组件,涉及磁盘IO,网络IO。

    那什么场景下是CPU密集型呢?纯计算类,例如计算圆周率的位数,当然我们基本接触不到。

    IO密集型,可以考虑多设置一些线程,主要目的是可以增加IO的并发度,CPU密集型不宜设置过多线程,因为是会造成线程切换,浪费时间。

    接下来我们以一个实际的场景来说明如何设置线程数量。

    一个4C8G的机器上部署了一个MQ消费者,在RocketMQ的实现中,消费端也是用一个线程池来消费线程的,那这个线程数要怎么设置呢?

    如果按照 2n + 1 的公式,线程数设置为 9个,但在我们实践过程中发现如果增大线程数量,会显著提高消息的处理能力,说明 2n + 1 对于业务场景来说,并不太合适。

    如果套用 线程数 = CPU核心数/(1-阻塞系数) 阻塞系数取 0.8 ,线程数为 20 。阻塞系数取 0.9,大概线程数40,20个线程数我觉得可以。

    如果我们发现数据库的操作耗时比较多,此时可以继续提高阻塞系数,从而增大线程数量。

    **那我们怎么判断需要增加更多线程呢?**其实我觉得我们可以用jstack命令查看一下进程的线程栈,如果发现线程池中大部分线程都处于等待获取任务,则说明线程够用,如下图所示:
    在这里插入图片描述
    如果大部分线程都处于运行状态,可以继续适当调高线程数量。

    展开全文
  • 被问懵了:一个进程最多可以创建多少个线程

    千次阅读 多人点赞 2021-07-15 09:19:09
    大致意思就是,他看了一个面经,说虚拟内存是 2G 大小,然后他看了我的图解系统 PDF 里说虚拟内存是 4G,然后他就懵逼了。 其实他看这个面经很有问题,没有说明是什么操作系统,以及是多少位操作系统。 因为不同的...

    大家好,我是小林。

    昨天有位读者问了我这么个问题:


    大致意思就是,他看了一个面经,说虚拟内存是 2G 大小,然后他看了我的图解系统 PDF 里说虚拟内存是 4G,然后他就懵逼了。

    其实他看这个面经很有问题,没有说明是什么操作系统,以及是多少位操作系统。

    因为不同的操作系统和不同位数的操作系统,虚拟内存可能是不一样多。

    Windows 系统我不了解,我就说说 Linux 系统。

    在 Linux 操作系统中,虚拟地址空间的内部又被分为内核空间和用户空间两部分,不同位数的系统,地址 空间的范围也不同。比如最常⻅的 32 位和 64 位系统,如下所示:

    通过这里可以看出:

    • 32 位系统的内核空间占用 1G ,位于最高处,剩下的 3G 是用户空间;
    • 64 位系统的内核空间和用户空间都是 128T ,分别占据整个内存空间的最高和最低处,剩下的中
      间部分是未定义的。

    接着,来看看读者那个面经题目:一个进程最多可以创建多少个线程?

    这个问题跟两个东西有关系:

    • 进程的虚拟内存空间上限,因为创建一个线程,操作系统需要为其分配一个栈空间,如果线程数量越多,所需的栈空间就要越大,那么虚拟内存就会占用的越多。
    • 系统参数限制,虽然 Linux 并没有内核参数来控制单个进程创建的最大线程个数,但是有系统级别的参数来控制整个系统的最大线程个数。

    我们先看看,在进程里创建一个线程需要消耗多少虚拟内存大小?

    我们可以执行 ulimit -a 这条命令,查看进程创建线程时默认分配的栈空间大小,比如我这台服务器默认分配给线程的栈空间大小为 8M。

    在前面我们知道,在 32 位 Linux 系统里,一个进程的虚拟空间是 4G,内核分走了1G,留给用户用的只有 3G

    那么假设创建一个线程需要占用 10M 虚拟内存,总共有 3G 虚拟内存可以使用。于是我们可以算出,最多可以创建差不多 300 个(3G/10M)左右的线程。

    如果你想自己做个实验,你可以找台 32 位的 Linux 系统运行下面这个代码:

    由于我手上没有 32 位的系统,我这里贴一个网上别人做的测试结果:

    如果想使得进程创建上千个线程,那么我们可以调整创建线程时分配的栈空间大小,比如调整为 512k:

    $ ulimit -s 512
    

    说完 32 位系统的情况,我们来看看 64 位系统里,一个进程能创建多少线程呢?

    我的测试服务器的配置:

    • 64 位系统;
    • 2G 物理内存;
    • 单核 CPU。

    64 位系统意味着用户空间的虚拟内存最大值是 128T,这个数值是很大的,如果按创建一个线程需占用 10M 栈空间的情况来算,那么理论上可以创建 128T/10M 个线程,也就是 1000多万个线程,有点魔幻!

    所以按 64 位系统的虚拟内存大小,理论上可以创建无数个线程。

    事实上,肯定创建不了那么多线程,除了虚拟内存的限制,还有系统的限制。

    比如下面这三个内核参数的大小,都会影响创建线程的上限:

    • /proc/sys/kernel/threads-max,表示系统支持的最大线程数,默认值是 14553
    • /proc/sys/kernel/pid_max,表示系统全局的 PID 号数值的限制,每一个进程或线程都有 ID,ID 的值超过这个数,进程或线程就会创建失败,默认值是 32768
    • /proc/sys/vm/max_map_count,表示限制一个进程可以拥有的VMA(虚拟内存区域)的数量,具体什么意思我也没搞清楚,反正如果它的值很小,也会导致创建线程失败,默认值是 65530

    那接下针对我的测试服务器的配置,看下一个进程最多能创建多少个线程呢?

    我在这台服务器跑了前面的程序,其结果如下:

    可以看到,创建了 14374 个线程后,就无法在创建了,而且报错是因为资源的限制。

    前面我提到的 threads-max 内核参数,它是限制系统里最大线程数,默认值是 14553。

    我们可以运行那个测试线程数的程序后,看下当前系统的线程数是多少,可以通过 top -H 查看。

    左上角的 Threads 的数量显示是 14553,与 threads-max 内核参数的值相同,所以我们可以认为是因为这个参数导致无法继续创建线程。

    那么,我们可以把 threads-max 参数设置成 99999:

    echo 99999 > /proc/sys/kernel/threads-max
    

    设置完 threads-max 参数后,我们重新跑测试线程数的程序,运行后结果如下图:

    可以看到,当进程创建了 32326 个线程后,就无法继续创建里,且报错是无法继续申请内存。

    此时的上限个数很接近 pid_max 内核参数的默认值(32768),那么我们可以尝试将这个参数设置为 99999:

    echo 99999 > /proc/sys/kernel/pid_max
    

    设置完 pid_max 参数后,继续跑测试线程数的程序,运行后结果创建线程的个数还是一样卡在了 32768 了。

    当时我也挺疑惑的,明明 pid_max 已经调整大后,为什么线程个数还是上不去呢?

    后面经过查阅资料发现,max_map_count 这个内核参数也是需要调大的,但是它的数值与最大线程数之间有什么关系,我也不太明白,只是知道它的值是会限制创建线程个数的上限。

    然后,我把 max_map_count 内核参数也设置成后 99999:

    echo 99999 > /proc/sys/kernel/max_map_count 
    

    继续跑测试线程数的程序,结果如下图:

    当创建差不多 5 万个线程后,我的服务器就卡住不动了,CPU 都已经被占满了,毕竟这个是单核 CPU,所以现在是 CPU 的瓶颈了。

    我只有这台服务器,如果你们有性能更强的服务器来测试的话,有兴趣的小伙伴可以去测试下。

    接下来,我们换个思路测试下,把创建线程时分配的栈空间调大,比如调大为 100M,在大就会创建线程失败。

    ulimit -s 1024000
    

    设置完后,跑测试线程的程序,其结果如下:

    总共创建了 26390 个线程,然后就无法继续创建了,而且该进程的虚拟内存空间已经高达 25T,要知道这台服务器的物理内存才 2G。

    为什么物理内存只有 2G,进程的虚拟内存却可以使用 25T 呢?

    因为虚拟内存并不是全部都映射到物理内存的,程序是有局部性的特性,也就是某一个时间只会执行部分代码,所以只需要映射这部分程序就好。

    你可以从上面那个 top 的截图看到,虽然进程虚拟空间很大,但是物理内存(RES)只有使用了 400 多M。

    好了,简单总结下:

    • 32 位系统,用户态的虚拟空间只有 3G,如果创建线程时分配的栈空间是 10M,那么一个进程最多只能创建 300 个左右的线程。
    • 64 位系统,用户态的虚拟空间大到有 128T,理论上不会受虚拟内存大小的限制,而会受系统的参数或性能限制。

    絮叨絮叨

    小林在 CSDN 写了很多图解网络和操作系统的系列文章,很高兴收获到很朋友的认可和支持,正好最近图解网络和操作系统的文章连载的有 20+ 篇了,也算有个体系了。

    在这里插入图片描述

    所以为了方便大家阅读,小林把自己原创的图解网络和图解操作系统整理成了 PDF,一整理后,没想到每个图解都输出了 15 万字 + 500 张图,质量也是杠杠的,有很多朋友特地私信我,看了我的图解拿到了大厂的offer。

    图解系统 PDF 开源下载:图解系统 PDF 下载地址(点击)

    图解网络 PDF 开源下载:图解网络 PDF 下载地址(点击)


    我是小林,今天的你,比昨天更博学了吗?

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空空如也

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创建一个线程的时间