Java多线程(进程和线程)

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1、进程

在计算机中,我们把一个任务称为一个进程,浏览器就是一个进程,视频播放器是另一个进程,类似的,音乐播放器和Word都是进程。

某些进程内部还需要同时执行多个子任务。例如,我们在使用Word时,Word可以让我们一边打字,一边进行拼写检查,同时还可以在后台进行打印,我们把子任务称为线程。

进程和线程的关系就是:一个进程可以包含一个或多个线程,但至少会有一个线程。

操作系统调度的最小任务单位其实不是进程,而是线程。常用的Windows、Linux等操作系统都采用抢占式多任务,如何调度线程完全由操作系统决定,程序自己不能决定什么时候执行,以及执行多长时间。

因为同一个应用程序,既可以有多个进程,也可以有多个线程,因此,实现多任务的方法,有以下几种:

多进程模式(每个进程只有一个线程):

多线程模式(一个进程有多个线程):

多进程+多线程模式(复杂度最高):

1.2、进程 vs 线程

进程和线程是包含关系,但是多任务既可以由多进程实现,也可以由单进程内的多线程实现,还可以混合多进程+多线程。

具体采用哪种方式,要考虑到进程和线程的特点。

和多线程相比,多进程的缺点在于:

  • 创建进程比创建线程开销大,尤其是在Windows系统上;
  • 进程间通信比线程间通信要慢,因为线程间通信就是读写同一个变量,速度很快。

而多进程的优点在于:

多进程稳定性比多线程高,因为在多进程的情况下,一个进程崩溃不会影响其他进程,而在多线程的情况下,任何一个线程崩溃会直接导致整个进程崩溃。

1.3、多线程

Java语言内置了多线程支持:一个Java程序实际上是一个JVM进程,JVM进程用一个主线程来执行main()方法,在main()方法内部,我们又可以启动多个线程。此外,JVM还有负责垃圾回收的其他工作线程等。

因此,对于大多数Java程序来说,我们说多任务,实际上是说如何使用多线程实现多任务。

和单线程相比,多线程编程的特点在于:多线程经常需要读写共享数据,并且需要同步。例如,播放电影时,就必须由一个线程播放视频,另一个线程播放音频,两个线程需要协调运行,否则画面和声音就不同步。因此,多线程编程的复杂度高,调试更困难。

Java多线程编程的特点又在于:

  • 多线程模型是Java程序最基本的并发模型;
  • 后续读写网络、数据库、Web开发等都依赖Java多线程模型。

因此,必须掌握Java多线程编程才能继续深入学习其他内容。

2、创建新线程

Java语言内置了多线程支持。当Java程序启动的时候,实际上是启动了一个JVM进程,然后,JVM启动主线程来执行main()方法。在main()方法中,我们又可以启动其他线程。

要创建一个新线程非常容易,我们需要实例化一个Thread实例,然后调用它的start()方法:

public class Main {
​
    public static void main(String[] args) {
        Thread thread = new Thread();
        thread.start(); //启动新线程
    }
}

但是这个线程启动后实际上什么也不做就立刻结束了。我们希望新线程能执行指定的代码,有以下几种方法:

方法一:从Thread派生一个自定义类,然后覆写run()方法:

public class Main {
​
    public static void main(String[] args) {
        Thread thread = new MyThread(); 
        thread.start(); //启动新线程
    }
}
​
class MyThread extends Thread {
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("Start new Thread");
    }
}

执行上述代码,注意到start()方法会在内部自动调用实例的run()方法。

方法二:创建Thread实例时,传入一个Runnable实例:

public class Main {
​
    public static void main(String[] args) {
        Thread t = new Thread(new MyRunnable());
        t.start();
    }
}
​
class MyRunnable implements Runnable {
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("Start new Thread");
    }
}

或者用Java8引入的lambda语法进一步简写为:

public class Main {
​
    public static void main(String[] args) {
        Thread t = new Thread(() -> {
            System.out.println("start new thread");
        });
        t.start();
    }
}

有童鞋会问,使用线程执行的打印语句,和直接在main()方法执行有区别吗?

区别大了去了。我们看以下代码:

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("main start...");
        Thread t = new Thread() {
            public void run() {
                System.out.println("thread run...");
                System.out.println("thread end.");
            }
        };
        t.start();
        System.out.println("main end...");
    }
}

我们用蓝色表示主线程,也就是main线程,main线程执行的代码有4行,首先打印main start,然后创建Thread对象,紧接着调用start()启动新线程。当start()方法被调用时,JVM就创建了一个新线程,我们通过实例变量t来表示这个新线程对象,并开始执行。

接着,main线程继续执行打印main end语句,而t线程在main线程执行的同时会并发执行,打印thread runthread end语句。

run()方法结束时,新线程就结束了。而main()方法结束时,主线程也结束了。

我们再来看线程的执行顺序:

  • main线程肯定是先打印main start,再打印main end
  • t线程肯定是先打印thread run,再打印thread end。但是,除了可以肯定,main start会先打印外,main end打印在thread run之前、thread end之后或者之间,都无法确定。因为从t线程开始运行以后,两个线程就开始同时运行了,并且由操作系统调度,程序本身无法确定线程的调度顺序。
  • 要模拟并发执行的效果,我们可以在线程中调用Thread.sleep(),强迫当前线程暂停一段时间:

sleep()传入的参数是毫秒。调整暂停时间的大小,我们可以看到main线程和t线程执行的先后顺序。

要特别注意:直接调用Thread实例的run()方法是无效的:

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Thread t = new MyThread();
        t.run();
    }
}
class MyThread extends Thread {
    public void run {
        System.out.println("hello");
    }
}

直接调用run()方法,相当于调用了一个普通的Java方法,当前线程并没有任何改变,也不会启动新线程。上述代码实际上是在main()方法内部又调用了run()方法,打印hello语句是在main线程中执行的,没有任何新线程被创建。

必须调用Thread实例的start()方法才能启动新线程,如果我们查看Thread类的源代码,会看到start()方法内部调用了一个private native void start0()方法,native修饰符表示这个方法是由JVM虚拟机内部的C代码实现的,不是由Java代码实现的。

2.1、线程的优先级

可以对线程设定优先级,设定优先级的方法是:

Thread.setPriority(int n) // 1~10, 默认值5

优先级高的线程被操作系统调度的优先级较高,操作系统对高优先级线程可能调度更频繁,但我们决不能通过设置优先级来确保高优先级的线程一定会先执行。

2.2、小结

Java用Thread对象表示一个线程,通过调用start()启动一个新线程;

一个线程对象只能调用一次start()方法;

线程的执行代码写在run()方法中;

线程调度由操作系统决定,程序本身无法决定调度顺序;

Thread.sleep()可以把当前线程暂停一段时间。