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很多同學(xué)面對(duì)多線程的問(wèn)題都很頭大，因?yàn)樽约鹤鲰?xiàng)目很難用到，但是但凡高薪的職位面試都會(huì)問(wèn)到。。畢竟現(xiàn)在大廠里用的都是多線程高并發(fā)，所以這塊內(nèi)容不吃透肯定是不行的。

今天這篇文章，作為多線程的基礎(chǔ)篇，先來(lái)談?wù)勔韵聠?wèn)題：

• 為什么要用多線程?
• 程序 vs 進(jìn)程 vs 線程
• 創(chuàng)建線程的 4 種方式?

為什么要用多線程

任何一項(xiàng)技術(shù)的出現(xiàn)都是為了解決現(xiàn)有問(wèn)題。

之前的互聯(lián)網(wǎng)大多是單機(jī)服務(wù)，體量小;而現(xiàn)在的更多是集群服務(wù)，同一時(shí)刻有多個(gè)用戶同時(shí)訪問(wèn)服務(wù)器，那么會(huì)有很多線程并發(fā)訪問(wèn)。

比如在電商系統(tǒng)里，同一時(shí)刻比如整點(diǎn)搶購(gòu)時(shí)，大量用戶同時(shí)訪問(wèn)服務(wù)器，所以現(xiàn)在公司里開(kāi)發(fā)的基本都是多線程的。

使用多線程確實(shí)提高了運(yùn)行的效率，但與此同時(shí)，我們也需要特別注意數(shù)據(jù)的增刪改情況，這就是線程安全問(wèn)題，比如之前說(shuō)過(guò)的 HashMap vs HashTable，Vector vs ArrayList。

要保證線程安全也有很多方式，比如說(shuō)加鎖，但又可能會(huì)出現(xiàn)其他問(wèn)題比如死鎖，所以多線程相關(guān)問(wèn)題會(huì)比較麻煩。

因此，我們需要理解多線程的原理和它可能會(huì)產(chǎn)生的問(wèn)題以及如何解決問(wèn)題，才能拿下高薪職位。

進(jìn)程 vs 線程

程序program

說(shuō)到進(jìn)程，就不得不先說(shuō)說(shuō)程序。

程序，說(shuō)白了就是代碼，或者說(shuō)是一系列指令的集合。比如「微信.exe」這就是一個(gè)程序，這個(gè)文件最終是要拿到 CPU 里面去執(zhí)行的。

進(jìn)程 process

當(dāng)程序運(yùn)行起來(lái)，它就是一個(gè)進(jìn)程。

所以程序是“死”的，進(jìn)程是“活”的。

比如在任務(wù)管理器里的就是一個(gè)個(gè)進(jìn)程，就是“動(dòng)起來(lái)”的應(yīng)用程序。

Q：這些進(jìn)程是并行執(zhí)行的嗎?

單核 CPU 一個(gè)時(shí)間片里只能執(zhí)行一個(gè)進(jìn)程。但是因?yàn)樗袚Q速度很快，所以我們感受不到，就造成了一種多進(jìn)程的假象。(多核 CPU 那真的就是并行執(zhí)行的了。)

Q：那如果這個(gè)進(jìn)程沒(méi)執(zhí)行完呢?

當(dāng)進(jìn)程 A 執(zhí)行完一個(gè)時(shí)間片，但是還沒(méi)執(zhí)行完時(shí)，為了方便下次接著執(zhí)行，要保存剛剛執(zhí)行完的這些數(shù)據(jù)信息，叫做「保存現(xiàn)場(chǎng)」。

然后等下次再搶到了資源執(zhí)行的時(shí)候，先「恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)」，再開(kāi)始繼續(xù)執(zhí)行。

這樣循環(huán)往復(fù)。。

這樣反復(fù)的保存啊、恢復(fù)啊，都是額外的開(kāi)銷，也會(huì)讓程序執(zhí)行變慢。

Q：有沒(méi)有更高效的方式呢?

如果兩個(gè)線程歸屬同一個(gè)進(jìn)程，就不需要保存、恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)了。

這就是 NIO 模型的思路，也是 NIO 模型比 BIO 模型效率高很多的原因，我們之后再講。

線程 thread

線程，是一個(gè)進(jìn)程里的具體的執(zhí)行路徑，就是真正干活的。

在一個(gè)進(jìn)程里，一個(gè)時(shí)間片也只能有一個(gè)線程在執(zhí)行，但因?yàn)闀r(shí)間片的切換速度非常快，所以看起來(lái)就好像是同時(shí)進(jìn)行的。

一個(gè)進(jìn)程里至少有一個(gè)線程。比如主線程，就是我們平時(shí)寫(xiě)的 main() 函數(shù)，是用戶線程;還有 gc 線程是 JVM 生產(chǎn)的，負(fù)責(zé)垃圾回收，是守護(hù)線程。

每個(gè)線程有自己的棧 stack，記錄該線程里面的方法相互調(diào)用的關(guān)系;

但是一個(gè)進(jìn)程里的所有線程是共用堆 heap 的。

那么不同的進(jìn)程之間是不可以互相訪問(wèn)內(nèi)存的，每個(gè)進(jìn)程有自己的內(nèi)存空間 memeory space，也就是虛擬內(nèi)存 virtual memory。

通過(guò)這個(gè)虛擬內(nèi)存，每一個(gè)進(jìn)程都感覺(jué)自己擁有了整個(gè)內(nèi)存空間。

虛擬內(nèi)存的機(jī)制，就是屏蔽了物理內(nèi)存的限制。

Q：那如果物理內(nèi)存被用完了呢?

用硬盤(pán)，比如 windows 系統(tǒng)的分頁(yè)文件，就是把一部分虛擬內(nèi)存放到了硬盤(pán)上。

相應(yīng)的，此時(shí)程序運(yùn)行會(huì)很慢，因?yàn)橛脖P(pán)的讀寫(xiě)速度比內(nèi)存慢很多，是我們可以感受到的慢，這就是為什么開(kāi)多了程序電腦就會(huì)變卡的原因。

Q：那這個(gè)虛擬內(nèi)存是有多大呢?

對(duì)于 64 位操作系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，每個(gè)程序可以用 64 個(gè)二進(jìn)制位，也就是 2^64 這么大的空間!

如果還不清楚二進(jìn)制相關(guān)內(nèi)容的，公眾號(hào)內(nèi)回復(fù)「二進(jìn)制」獲取相應(yīng)的文章哦～

總結(jié)

總結(jié)一下，在一個(gè)時(shí)間片里，一個(gè) CPU 只能執(zhí)行一個(gè)進(jìn)程。

CPU 給某個(gè)進(jìn)程分配資源后，這個(gè)進(jìn)程開(kāi)始運(yùn)行;進(jìn)程里的線程去搶占資源，一個(gè)時(shí)間片就只有一個(gè)線程能執(zhí)行，誰(shuí)先搶到就是誰(shuí)的。

多進(jìn)程 vs 多線程

每個(gè)進(jìn)程是獨(dú)立的，進(jìn)程 A 出問(wèn)題不會(huì)影響到進(jìn)程 B;

雖然線程也是獨(dú)立運(yùn)行的，但是一個(gè)進(jìn)程里的線程是共用同一個(gè)堆，如果某個(gè)線程 out of memory，那么這個(gè)進(jìn)程里所有的線程都完了。

所以多進(jìn)程能夠提高系統(tǒng)的容錯(cuò)性 fault tolerance ，而多線程最大的好處就是線程間的通信非常方便。

進(jìn)程之間的通信需要借助額外的機(jī)制，比如進(jìn)程間通訊 interprocess communication -IPC，或者網(wǎng)絡(luò)傳遞等等。

如何創(chuàng)建線程

上面說(shuō)了一堆概念，接下來(lái)我們看具體實(shí)現(xiàn)。

Java 中是通過(guò) java.lang.Thread 這個(gè)類來(lái)實(shí)現(xiàn)多線程的功能的，那我們先來(lái)看看這個(gè)類。

從文檔中我們可以看到，Thread 類是直接繼承 Object 的，同時(shí)它也是實(shí)現(xiàn)了 Runnable 接口。

官方文檔里也寫(xiě)明了 2 種創(chuàng)建線程的方式：

一種方式是從 Thread 類繼承，并重寫(xiě) run()，run() 方法里寫(xiě)的是這個(gè)線程要執(zhí)行的代碼;

啟動(dòng)時(shí)通過(guò) new 這個(gè) class 的一個(gè)實(shí)例，調(diào)用 start() 方法啟動(dòng)線程。

二是實(shí)現(xiàn) Runnable 接口，并實(shí)現(xiàn) run()，run() 方法里同樣也寫(xiě)的是這個(gè)線程要執(zhí)行的代碼;

稍有不同的是啟動(dòng)線程，需要 new 一個(gè)線程，并把剛剛創(chuàng)建的這個(gè)實(shí)現(xiàn)了 Runnable 接口的類的實(shí)例傳進(jìn)去，再調(diào)用 start()，這其實(shí)是代理模式。

如果面試官問(wèn)你，還有沒(méi)有其他的，那還可以說(shuō)：

實(shí)現(xiàn) Callable 接口;

通過(guò)線程池來(lái)啟動(dòng)一個(gè)線程。

但其實(shí)，用線程池來(lái)啟動(dòng)線程時(shí)也是用的前兩種方式之一創(chuàng)建的。

這兩種方式在這里就不細(xì)說(shuō)啦，我們具體來(lái)看前兩種方式。

繼承 Thread 類

public class MyThread extends Thread { 
    @Override 
    public void run() { 
        for (int i = 0; i < 100; i++) { 
            System.out.println("小齊666：" + i); 
        } 
    } 
    public static void main(String[] args) { 
        MyThread myThread = new MyThread(); 
        myThread.start(); 
        for (int i = 0; i < 100; i++) { 
            System.out.println("主線程" + i + "：齊姐666"); 
        } 
    } 
} 

在這里，

• main 函數(shù)是主線程，是程序的入口，執(zhí)行整個(gè)程序;
• 程序開(kāi)始執(zhí)行后先啟動(dòng)了一個(gè)新的線程 myThread，在這個(gè)線程里輸出“小齊”;
• 主線程并行執(zhí)行，并輸出“主線程i：齊姐”。
  

來(lái)看下結(jié)果，就是兩個(gè)線程交替夸我嘛～

Q：為啥和我運(yùn)行的結(jié)果不一樣?

多線程中，每次運(yùn)行的結(jié)果可能都會(huì)不一樣，因?yàn)槲覀儫o(wú)法人為控制哪條線程在什么時(shí)刻先搶到資源。

當(dāng)然了，我們可以給線程加上優(yōu)先級(jí) priority，但高優(yōu)先級(jí)也無(wú)法保證這條線程一定能先被執(zhí)行，只能說(shuō)有更大的概率搶到資源先執(zhí)行。

實(shí)現(xiàn) Runnable 接口

這種方式用的更多。

public class MyRunnable implements Runnable { 
    @Override 
    public void run() { 
        for(int i = 0; i < 100; i++) { 
            System.out.println("小齊666：" + i); 
        } 
    } 
 
    public static void main(String[] args) { 
        new Thread(new MyRunnable()).start(); 
 
        for(int i = 0; i < 100; i++) { 
            System.out.println("主線程" + i + "：齊姐666"); 
        } 
    } 
} 

結(jié)果也差不多：

像前文所說(shuō)，這里線程啟動(dòng)的方式和剛才的稍有不同，因?yàn)樾陆ǖ牡倪@個(gè)類只是實(shí)現(xiàn)了 Runnable 接口，所以還需要一個(gè)線程來(lái)“代理”執(zhí)行它，所以需要把我們新建的這個(gè)類的實(shí)例傳入到一個(gè)線程里，這里其實(shí)是代理模式。這個(gè)設(shè)計(jì)模式之后再細(xì)講。

小結(jié)

那這兩種方式哪種好呢?

使用 Runnable 接口更好，主要原因是 Java 單繼承。

另外需要注意的是，在啟動(dòng)線程的的時(shí)候用的是 start()，而不是 run()。

調(diào)用 run() 僅僅是調(diào)用了這個(gè)方法，是普通的方法調(diào)用;而 start() 才是啟動(dòng)線程，然后由 JVM 去調(diào)用該線程的 run() 。

好了，以上就是多線程第一篇的所有內(nèi)容了，這里主要是幫助大家復(fù)習(xí)一下基礎(chǔ)概念，以及沒(méi)有接觸過(guò)多線程的小伙伴可以入門(mén)。想看更多關(guān)于多線程的文章的話，記得給我點(diǎn)贊留言哦～