详解JUC并发编程中的进程与线程学习

详解JUC并发编程中的进程与线程学习

目录进程与线程进程线程同步异步串行并行执行时间创建和运行线程Thread 与 Runnable 的关系原理分析查看进程线程运行原理线程上下文切换start与run方法sleep方法sleep打断join方法interrupt 方法守护进程线程的状态java API 层面总结

进程与线程

进程

程序由指令和数据组成，但这些指令要运行，数据要读写，就必须将指令加载至 CPU，数据加载至内存。在指令运行过程中还需要用到磁盘、网络等设备。进程就是用来加载指令、管理内存、管理 IO 的当一个程序被运行，从磁盘加载这个程序的代码至内存，这时就开启了一个进程。进程就可以视为程序的一个实例。大部分程序可以同时运行多个实例进程（例如记事本、画图、浏览器等），也有的程序只能启动一个实例进程（例如网易云音乐、360 安全卫士等）

线程

线程是主要负责运行指令，进程是主要管加载指令。

一个进程之内可以分为一到多个线程。

一个线程就是一个指令流，将指令流中的一条条指令以一定的顺序交给 CPU 执行

Java 中，线程作为最小调度单位，进程作为资源分配的最小单位。 在 windows 中进程是不活动的，只是作为线程的容器

同步异步

需要等待结果返回，才能继续运行就是同步不需要等待结果返回，就能继续运行就是异步

串行并行执行时间

使用多核cpu并行执行可以明显的提高执行效率

串行执行时间 = 各个线程时间累加和 + 汇总时间并行执行时间 = 最慢的线程时间 + 汇总时间

注意：单核依然是并发的思想（即：cpu轮流去执行线程，微观上仍旧是串行），使用单核的多线程可能会比使用单核的单线程慢，这是因为多线程上下文切换反而浪费了时间。

创建和运行线程

1.使用 Thread

public static void main(String[] args) {

// 创建线程对象

Thread t = new Thread("线程1") {

public void run() {

// 要执行的任务

log.debug("线程1被启动OfzanA了");

}

};

// 启动线程

t.start();

log.debug("测试");

}

2.使用 Runnable 配合 Thread

public static void main(String[] args) {

Runnable runnable = new Runnable() {

public void run() {

// 要执行的任务

log.debug("线程1被启动了");

}

};

// 创建线程对象

Thread t = new Thread(runnable);

t.setName("线程1");

// 启动线程

t.start();

log.debug("测试");

}

这里的Runnable是一个接口，接口中只有一个抽象方法，由我们来提供实现，实现中包含线程的代码就可以了。

@FunctionalInterface

public interface Runnable {

/**

* When an object implementing interface Runnable is used

* to create a thread, starting the thread causes the object's

* run method to be called in that separately executing

* thread.

*

* The general contract of the method run is that it may

* take any action whatsoever.

*

* @see java.lang.Thread#run()

*/

public abstract void run();

}

Thread 与 Runnable 的关系原理分析

方法1原理分析

方法2是使用runnable对象，当成参数传给Thread构造方法，其中又调用了init方法，下面是Thread构造方法的源码

public Thread(Runnable target) {

init(null, target, "Thread-" + nextThreadNum(), 0);

}

继续跟踪查看runnable对象传到哪里去了，可以看到又传给了另一个重载的init，如下

private void init(ThreadGroup g, Runnable target, String name, long stackSize) { init(g, target, name, stackSize, null, true); }private void init(ThreadGroup g, Runnable target, String name,

long stackSize) {

init(g, target, name, stackSize, null, true);

}

再次跟踪可以看到是把runnable对象传给了一个thread的一个成员变量

//省略部分代码

this.target = target;

那么这个成员变量在哪里在使用了呢，经过查找可以发现是在run方法里面，只不过Thread发现有runnable对象就会先采用runnable的run方法。

@Override

public void run() {

if (target != null) {

target.run();

}

}

方法2原理分析

通过创建一个子类去重写Thread类的run方法，这样就不会执行父类的run方法。

1.用 Runnable 更容易与线程池等高级 API 配合

2.用 Runnable 让任务类脱离了 Thread 继承体系，更灵活

方法3 FutureTask配合Thread创建线程

Future接口中含有get方法来返回结果的

//省略部分代码

V get() throws InterruptedException, ExecutionException;

V get(long timeout, TimeUnit unit)

throws InterruptedException, ExecutionException, TimeoutException;

而runnable本身是没有返回结果的，runnable不能将结果传给其他线程。

public interface Runnable {

public abstract void run();

}

要注意到FutureTask也实现了Runnable接口，也可以传给Thread的有参构造里面。

创建线程的代码

public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {

// 创建任务对象

FutureTask task3 = new FutureTask<>(new Callable() {

@Override

public Integer call() throws Exception {

log.debug("线程1被执行了");

return 666;

}

});

// 参数1 是任务对象; 参数2 是线程名字，推荐

new Thread(task3, "线程1").start();

// 主线程阻塞，同步等待 task 执行完毕的结果

Integer result = task3.get();

log.debug("结果是:{}", result);

}

查看进程

任务管理器可以查看进程和线程数，也可以用来杀死进程，也可以在控制台使用tasklist查看进程taskkill杀死进程jconsole 远程监控配置来查看

线程运行原理

JVM 中由堆、栈、方法区所组成，其中栈就是给线程使用的。

方法调用时，就会对该方法产生一个栈帧，方法的局部变量都会在栈帧中存储。栈是后进先出，当method2执行完就会回收，在执行完同时会记录返回地址，然后在method1中继续执行。

线程之间的栈帧是相互独立的，之间互不干扰。

线程上下文切换

当上下文切换时，要保存当前的状态，因为可能是时间片用完了，此时线程还没有结束。Java中对应的就是程序计数器

start与run方法

启动一个线程必须要用start方法，如果直接调用类里面的run方法实际走的是main主线程。

线程start前getState()得到的是NEW

线程start后getState()得到的是RUNNABLE

public static void main(String[] args) {

Thread t1 = new Thread("t1") {

@Override

public void run() {

log.debug("t1被启动");

}

};

System.out.println(t1.getState());

t1.start();

System.out.println(t1.getState());

}

sleep方法

在sleep期间调用getState()方法可以得到TIMED_WAITING

public static void main(String[] args) {

Thread t1 = new Thread("线程1") {

@Override

public void run() {

try {

Thread.sleep(3000);

} catch (InterruptedException e) {

e.printStackTrace();

}

}

};

t1.start();

log.debug("线程1 state: {}", t1.getState());

try {

Thread.sleep(500);

} catch (InterruptedException e) {

e.printStackTrace();

}

log.debug("线程1 state: {}", t1.getState());

}

sleep打断

sleep可以使用interrupt方法打断，打断后会触发InterruptedException异常

public static void main(String[] args) throws InterruptedException {

Thread t1 = new Thread("t1") {

@Override

public void run() {

log.debug("进入睡眠");

try {

Thread.sleep(2000);

} catch (InterruptedException e) {

log.debug("被唤醒");

e.printStackTrace();

}

}

};

t1.start();

Thread.sleep(1000);

log.debug("打断");

t1.interrupt();

}

sleep防止cpu使用100%

在没有利用cpu来计算时，不要让while(true)空转浪费cpu，这时可以使用yield或 sleep 来让出cpu的使用权给其他程序

yield方法会把cpu的使用权让出去，然后调度执行其它线程。线程的调度最终还是依赖的操作系统的调度器。

join方法

该方法会等待线程的结束

static int r = 11;

public static void main(String[] args) throws InterruptedException {

test1();

}

private static void test1() throws InterruptedException {

log.debug("主线程开始");

Thread t1 = new Thread(() -> {

sleep(1);

r = 888;

},"线程1");

t1.start();

// t1.join();

log.debug(String.valueOf(r));

log.debug("主线程线程结束");

}

join没有使用时，返回的是11，若是使用join返回的是888，是主线程在同步等待线程1。

当然还有其他的方法等待

1.sleep方法等待线程1结束

2.利用FutureTask的get方法

join（long n）方法可以传入参数，等待线程运行结束,最多等待 n 毫秒，假如执行时间大于等待的时间，就会不再等待。那么该线程会直接结束吗？答案是不会。

如下代码

public class Test10 {

static int r = 11;

public static void main(String[] args) throws InterruptedException {

test1();

}

private static void test1() throws InterruptedException {

log.debug("主线程开始");

Thread t1 = new Thread(() -> {

sleep(2);

r = 888;

log.debug("线程1结束");

},"线程1");

t1.start();

t1.join(1000);

log.debug(String.valueOf(r));

log.debug("主线程线程结束");

}

}

输出结果，可以看到这里只是主线程不再等待。

16:28:53.360 c.Test10 [main] - 主线程开始16:28:54.411 c.Test10 [main] - 1116:28:54.411 c.Test10 [main] - 主线程线程结束16:28:55.404 c.Test10 [线程1] - 线程1结束

interrupt 方法

interrupt可以用来打断处于阻塞状态的线程。在打断后，会有一个打断标记（布尔值）会提示是否被打断过，被打断过标记为true否则为false.但是sleep、wait和join可以来清空打断标记。

代码如下

public static void main(String[] args) throws InterruptedException {

Thread t1 = new Thread(() -> {

log.debug("sleep...");

try {

Thread.sleep(4000);

} catch (InterruptedException e) {

e.printStackTrace();

}

},"t1");

t1.start();

Thread.sleep(1000);

log.debug("interrupt");

t1.interrupt();

log.debug("打断标记:{}", t1.isInterrupted());

}

线程被打断后并不会结束运行，有人就会问了，那我们如何在打断线程后关闭线程呢？答案就是利用打断标记去实现。

可以在线程的死循环之中加入一个判断去实现。

boolean interrupted = Thread.currentThread().isInterrupted();

if(interrupted) {

log.debug("退出循环");

break;

}

守护进程

Java 进程通常需要所有线程都运行结束，才会结束。

但是存在一种守护进程，只要其他非守护进程结束，守护进程就会结束。垃圾回收器就使用的守护进程。

线程的状态

操作系统层面（早期进程的状态）

初始状态 在语言层面创建了线程对象，还未与操作系统线程关联可运行状态（就绪状态）指该线程已经被创建（与操作系统线程关联），可以由 CPU 调度执行任务。运行状态 获取了 CPU 时间片运行中的状态调用阻塞api使运行状态转为阻塞状态终止状态 表示线程已经执行完毕

Java API 层面

1、新建状态（New）

Thread t1 = new Thread("t1") {

@Override

public void run() {

log.debug("running...");

}

};

log.debug("t1 state {}", t1.getState());

2、就绪状态（Runnable）与运行状态（Running）

Thread t2 = new Thread("t2") {

@Override

public void run() {

while(true) { // runnable

}

}

};

t2.start();

log.debug("t2 state {}", t2.getState());

3、阻塞状态（Blocked）

用一个线程拿到锁，使得当前线程没拿到锁会出现阻塞状态。

Thread t6 = new Thread("t6") {

@Override

public void run() {

synchronized (TestState.class) { // blocked

try {

Thread.sleep(90000);

} catch (InterruptedException e) {

e.printStackTrace();

}

}

}

};

t6.start();

4、等待状态（Waiting）

等待一个未执行完成的线程

t2.join(); //等待状态

5、超时等待（Time_Waiting）

可以在指定的时间自行返回的。

6、终止状态（TERMINATED）

线程执行完了或者因异常退出了run()方法，该线程结束生命周期。 终止的线程不可再次复生。

总结

本篇文章就到这里了，希望能够给你带来帮助，也希望您能够多多关注我们的更多内容!

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