什么是線程？

提到“線程”總免不了要和“進(jìn)程”做比較，而我認(rèn)為在Java并發(fā)編程中混淆的不是“線程”和“進(jìn)程”的區(qū)別，而是“任務(wù)（Task）”。進(jìn)程是表示資源分配的基本單位。而線程則是進(jìn)程中執(zhí)行運(yùn)算的最小單位，即執(zhí)行處理機(jī)調(diào)度的基本單位。關(guān)于“線程”和“進(jìn)程”的區(qū)別耳熟能詳，說來說去就一句話：通常來講一個(gè)程序有一個(gè)進(jìn)程，而一個(gè)進(jìn)程可以有多個(gè)線程。

但是“任務(wù)”是很容易忽略的一個(gè)概念。我們?cè)趯?shí)際編碼中通常會(huì)看到這么一個(gè)包叫做xxx.xxx.task，包下是XxxTask等等以Task后綴名結(jié)尾的類。而XxxTask類通常都是實(shí)現(xiàn)Runnable接口或者Thread類。嚴(yán)格來說，“任務(wù)”和并發(fā)編程沒多大關(guān)系，就算是單線程結(jié)構(gòu)化順序編程中，我們也可以定義一個(gè)Task類，在類中執(zhí)行我們想要完成的一系列操作?！叭蝿?wù)”我認(rèn)為是我們?nèi)藶槎x的一個(gè)概念，既抽象又具體，抽象在它指由軟件完成的一個(gè)活動(dòng)，它可以是一個(gè)線程，也可以是多個(gè)線程共同達(dá)到某一目的的操作，具體在于它是我們認(rèn)為指定實(shí)實(shí)在在的操作，例如：定時(shí)獲取天氣任務(wù)（定時(shí)任務(wù)），下線任務(wù)……關(guān)鍵就在于不要認(rèn)為一個(gè)任務(wù)對(duì)應(yīng)的就是一個(gè)線程，也許它是多個(gè)線程，甚至在這個(gè)任務(wù)中是一個(gè)線程池，這個(gè)線程池處理這個(gè)我們定義的操作。

我產(chǎn)生“線程”和“任務(wù)”的疑惑就是在《Thinking in Java》這本書的“并發(fā)”章節(jié)中它將線程直接定義為一個(gè)任務(wù)，在開篇標(biāo)題就取名為“定義任務(wù)”,并且提到定義任務(wù)只需實(shí)現(xiàn)Runnable接口.而這個(gè)任務(wù)則是通過調(diào)用start來創(chuàng)建一改新的線程來執(zhí)行.說來說去有點(diǎn)繞,其實(shí)也不必糾結(jié)于在書中時(shí)而提到線程,時(shí)而提到人任務(wù).我認(rèn)為就記住:任務(wù)是我們?cè)诰幊虝r(shí)所賦這段代碼的實(shí)際意義,而線程就關(guān)注它是否安全,是否需要安全,這就是后面要提到的線程安全問題.在像我一樣產(chǎn)生疑惑時(shí),不用在意它兩者間的關(guān)系和提法。

什么是并發(fā)？

提到了并發(fā)，那又不得不和并行作比較。并發(fā)是指在一段時(shí)間內(nèi)同時(shí)做多個(gè)事情，比如在1點(diǎn)-2點(diǎn)洗碗、洗衣服等。而并行是指在同一時(shí)刻做多個(gè)事情，比如1點(diǎn)我左手畫圓右手畫方。兩個(gè)很重要的區(qū)別就是“一段時(shí)間”和“同一時(shí)刻”.在操作系統(tǒng)中就是：

1) 并發(fā)就是在單核處理中同時(shí)處理多個(gè)任務(wù)。(這里的同時(shí)指的是邏輯上的同時(shí))

2) 并行就是在多核處理器中同時(shí)處理多個(gè)任務(wù)。(這里的同時(shí)指的就是物理上的同時(shí))

初學(xué)編程基本上都是單線程結(jié)構(gòu)化編程，或者說是根本就接觸不到線程這個(gè)概念，反正程序照著自己實(shí)現(xiàn)的邏輯，程序一步一步按照我們的邏輯去實(shí)現(xiàn)并且得到希望輸出的結(jié)果。但隨著編程能力的提高，以及應(yīng)用場(chǎng)景的復(fù)雜多變，我們不得不要面臨多線程并發(fā)編程。而初學(xué)多線程并發(fā)編程時(shí)，常常出現(xiàn)一些預(yù)料之外的結(jié)果，這就是涉及到“線程安全”問題。

什么線程安全？

這是在多線程并發(fā)編程中需要引起足夠重視的問題，如果你的線程不足夠“安全”，程序就可能出現(xiàn)難以預(yù)料，以及難以復(fù)現(xiàn)的結(jié)果?！禞ava并發(fā)編程實(shí)戰(zhàn)》提到對(duì)線程安全不好做一個(gè)定義，我的簡(jiǎn)單理解就是：線程安全就是指程序按照你的代碼邏輯執(zhí)行，并始終輸出預(yù)定的結(jié)果。書中的給的定義：當(dāng)多個(gè)線程訪問某個(gè)類時(shí)，這個(gè)類始終都能表現(xiàn)出正確的行為，那么就稱這個(gè)類是線程安全的。具體有關(guān)線程安全的問題，例如原子性、可見性等等不在這里做詳細(xì)闡述，適當(dāng)?shù)臅r(shí)候會(huì)進(jìn)行詳細(xì)介紹，簡(jiǎn)單說一點(diǎn)，想要這個(gè)線程安全，得在訪問的時(shí)候給它上個(gè)鎖，不讓其他線程訪問，當(dāng)然這種說法不嚴(yán)謹(jǐn)，不過可以暫時(shí)這么理解。

以上是從基本概念理論出發(fā)來大致了解需要知道的一些概念，下面就針對(duì)JDK中有關(guān)線程的API來對(duì)多線程并發(fā)編程做一個(gè)了解。

java.lang.Object
  -public void notify()//喚醒這個(gè)對(duì)象監(jiān)視器正在等待獲取鎖的一個(gè)線程
  -public void notifyAll()//喚醒這個(gè)對(duì)象監(jiān)視器上正在等待獲取鎖的所有線程
  -public void wait()//導(dǎo)致當(dāng)前線程等待另一個(gè)線程調(diào)用notify()或notifyAll()
  -public void wait(long timeout)// 導(dǎo)致當(dāng)前線程等待另一個(gè)線程調(diào)用notify()或notifyAll()，或者達(dá)到timeout時(shí)間
  -public void wait(long timeout, int nanos)//與上個(gè)方法相同，只是將時(shí)間控制到了納秒nanos

我們先用一個(gè)經(jīng)典的例子——生產(chǎn)者消費(fèi)者問題來說明上面的API是如何使用的。生產(chǎn)者消費(fèi)者問題指的的是，生產(chǎn)者生產(chǎn)產(chǎn)品到倉(cāng)庫(kù)里，消費(fèi)者從倉(cāng)庫(kù)中拿，倉(cāng)庫(kù)滿時(shí)生產(chǎn)者不能繼續(xù)生產(chǎn)，倉(cāng)庫(kù)為空時(shí)消費(fèi)者不能繼續(xù)消費(fèi)。轉(zhuǎn)化成程序語言也就是生產(chǎn)者是一個(gè)線程

1，消費(fèi)者是線程

2，倉(cāng)庫(kù)是一個(gè)隊(duì)列，線程1往隊(duì)尾中新增，線程2從隊(duì)首中移除，隊(duì)列滿時(shí)線程1不能再新增，隊(duì)列空時(shí)線程2不能再移除。

package com.producerconsumer;

import java.util.Queue;



/**

 * 生產(chǎn)者

 * Created by yulinfeng on 2017/5/11.

 */

public class Producer implements Runnable{

  private final Queue<String> queue;

  private final int maxSize;

  public Producer(Queue<String> queue, int maxSize) {

    this.queue = queue;

    this.maxSize = maxSize;

  }
  public void run() {
    produce();
  }

  /**

   * 生產(chǎn)

   */

  private void produce() {

    try {
      while (true) {
        synchronized (queue) {
          if (queue.size() == maxSize) {
            System.out.println("生產(chǎn)者：倉(cāng)庫(kù)滿了，等待消費(fèi)者消費(fèi)");
            queue.wait();
          }
          System.out.println("生產(chǎn)者:" + queue.add("product"));
          queue.notifyAll();
        }
      }
    } catch (InterruptedException e) {
      e.printStackTrace();
    }
  }
}

 

package com.producerconsumer;

import java.util.Queue;

/**

 * 消費(fèi)者

 * Created by yulinfeng on 2017/5/11.

 */

public class Consumer implements Runnable {

  private final Queue<String> queue;
  public Consumer(Queue<String> queue) {
    this.queue = queue;
  }

  public void run() {
    consume();
  }

 

  /**

   * 消費(fèi)

   */

  private void consume() {
    synchronized (queue) {
      try {
        while (true) {
          if (queue.isEmpty()) {
            System.out.println("消費(fèi)者：倉(cāng)庫(kù)空了，等待生產(chǎn)者生產(chǎn)");
            queue.wait();
          }
          System.out.println("消費(fèi)者:" + queue.remove());
          queue.notifyAll();
        }
      } catch (InterruptedException e) {
        e.printStackTrace();
      }
    }
  }

}

 

package com.producerconsumer;

import java.util.LinkedList;
import java.util.Queue;

/**

 * Created by yulinfeng on 2017/5/11.

 */

public class Main {

  public static void main(String[] args) {

    Queue<String> queue = new LinkedList<String>();
    int maxSize = 100;
    Thread producer = new Thread(new Producer(queue, maxSize));
    Thread consumer = new Thread(new Consumer(queue));
    producer.start();
    consumer.start();

  }

}

這個(gè)生產(chǎn)者消費(fèi)者問題的實(shí)現(xiàn)，我采用線程不安全的LinkedList，使用內(nèi)置鎖synchronized來保證線程安全，在這里我們不討論synchronized，主要談notify()、notifyAll()和wait()。

在這里例子中，作為生產(chǎn)者，當(dāng)隊(duì)列滿時(shí)調(diào)用了隊(duì)列的wait()方法，表示等待，并且此時(shí)釋放了鎖。作為消費(fèi)者此時(shí)獲取到鎖并且移除隊(duì)首元素時(shí)調(diào)用了notifyAll()方法，此時(shí)生產(chǎn)者由wait等待狀態(tài)轉(zhuǎn)換為喚醒狀態(tài)，但注意！此時(shí)僅僅是線程被喚醒了，有了爭(zhēng)奪CPU資源的資格，并不代表下一步就一定是生產(chǎn)者生產(chǎn)，還有可能消費(fèi)者繼續(xù)爭(zhēng)奪了CPU資源。一定記住是被喚醒了，有資格爭(zhēng)奪CPU資源。notifyAll()表示的是喚醒所有等待的線程，所有等待的線程被喚醒過后，都有了爭(zhēng)奪CPU資源的權(quán)利，至于是誰會(huì)獲得這個(gè)鎖，那不一定。而如果是使用notify()，那就代表喚醒所有等待線程中的一個(gè)，只是一個(gè)被喚醒具有了爭(zhēng)奪CPU的權(quán)力，其他沒被喚醒的線程繼續(xù)等待。如果等待線程就只有一個(gè)那么notify()和notifyAll()就沒區(qū)別，不止一個(gè)那區(qū)別就大了，一個(gè)是只喚醒其中一個(gè)，一個(gè)是喚醒所有。喚醒不是代表這個(gè)線程就一定獲得CPU資源一定獲得鎖，而是有了爭(zhēng)奪的權(quán)利。

java.lang.Thread
  -public void join()
  -public void sleep()
  -public static void yield()
  -……

針對(duì)Thread線程類，我們只說常見的幾個(gè)不容易理解的方法，其余方法不在這里做詳細(xì)闡述。

關(guān)于sleep()方法，可能很容易拿它和Object的wait方法作比較。兩個(gè)方法很重要的一點(diǎn)就是sleep不會(huì)釋放鎖，而wait會(huì)釋放鎖。在上面的生產(chǎn)者消費(fèi)者的生產(chǎn)或消費(fèi)過程中添加一行Thread.sleep(5000)，你將會(huì)發(fā)現(xiàn)執(zhí)行到此處時(shí)，這個(gè)跟程序都會(huì)暫停執(zhí)行5秒，不會(huì)有任何其他線程執(zhí)行，因?yàn)樗粫?huì)釋放鎖。

關(guān)于join()方法，JDK7的解釋是等待線程結(jié)束（Waits for this thread to die）似乎還是不好理解，我們?cè)趍ain函數(shù)中啟動(dòng)兩個(gè)線程，在啟動(dòng)完這兩個(gè)線程后main函數(shù)再執(zhí)行其他操作，但如果不加以限制，有可能main函數(shù)率先執(zhí)行完需要的操作，但如果在main函數(shù)中加入join方法，則表示阻塞等待這兩個(gè)線程執(zhí)行結(jié)束后再執(zhí)行main函數(shù)后的操作，例如：

package com.join;


public class Main {

  public static void main(String[] args) throws Exception{
    Thread t1 = new Thread(new Task(0));
    Thread t2 = new Thread(new Task(0));
    t1.start();
    t2.start();
    t1.join();
    t2.join();
    System.out.print("main結(jié)束");
  }
}

上面?zhèn)€例子如果沒有join方法，那么“main”結(jié)束這條輸出語句可能就會(huì)先于t1、t2，加上在啟動(dòng)線程的調(diào)用方使用了線程的join方法，則調(diào)用方則會(huì)阻塞線程執(zhí)行結(jié)束過后再執(zhí)行剩余的方法。

關(guān)于Thread.yield()方法，本來這個(gè)線程處于執(zhí)行狀態(tài)，其他線程也想爭(zhēng)奪這個(gè)資源，突然，這個(gè)線程不想執(zhí)行了想和大家一起來重新奪取CPU資源。所以Thread.yield也稱讓步。從下一章開始就正式開始了解java.util.concurrent。

以上這篇基于線程、并發(fā)的基本概念(詳解)就是小編分享給大家的全部?jī)?nèi)容了，希望能給大家一個(gè)參考，也希望大家多多支持腳本之家。

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