java 多線程基礎(二)

1. 什麼是線程？

   作業系統是包含多個程序的容器,而每個程序又是容納了多個線程的容器。

   

   從圖中可以看出 一個作業系統同時可以有多個子程序,一個程序可以有多個子線程但一個子線程隻能有一個父程序。

建立你的第一個java多線程程式:

public class Creat100Threads {

    /**
     * 建立一百個線程
     * @param args
     */
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        for(int i=0;i<100;i++){
            new Thread(new Runnable() {
                public void run() {
                    try {
                        Thread.sleep(10000);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            }).start();
        }
    }
}
           

運作代碼後 多了100個線程 可以看到 程式确實實作了線程。

線程和程序的不同

• .程序和線程的定義不同
  • 程序：是執行中一段程式，即一旦程式被載入到記憶體中并準備執行，它就是一個程序。程序是表示資源配置設定的的基本概念，又是排程運作的基本機關，是系統中的并發執行的機關。
  • 線程：單個程序中執行中每個任務就是一個線程。線程是程序中執行運算的最小機關，是cpu排程的基本機關。
• 記憶體共享方式不同：
  • 程序是互相獨立的：不同程序會被作業系統配置設定一定記憶體空間，但通常不同程序之間記憶體是獨立的無法互相通路。如果要實作程序間通訊需要用到"程序間通信(IPC)"。
  • 線程之間特定資源是共享的：線程共享資源包括：
  1. 程序代碼段
  2. 程序的公有資料(利用這些共享資料,線程很容易實作互相通訊)
  3. 程序打開檔案掃描符
  4. 信号處理器
  5. 程序的目前目錄
  6. 程序使用者ID與程序組ID
  • 線程獨有内容：
  1. 線程ID
  2. 寄存器組的值
  3. 線程的堆棧
  4. 錯誤傳回碼
  5. 線程的屏蔽新号碼
• 數量不同
  • 一個程序至少有一個或以上線程, 一個線程隻能有一個父程序。
• 開銷不同
  1. 線程的建立、終止時間比程序段
  2. 同一程序内的線程切換時間比程序短
  3. 同 一程序的各個線程間共享記憶體和檔案資源，可不通過核心進行通信。

Java語言和多線程的淵源和關系

• Java設計之初–支援多線程(受限于硬體當時很多語言并不支援多線程)
• Java語言在服務端開發語言中的地位–常年居榜前三(阿裡 騰訊 百度 美團。。。)
• 一對一映射到作業系統的核心線程(java中的多線程會在作業系統核心 中一一對應建立多線程)
• jvm自動啟動線程

  

  啟動一個隻有main方法的java程式可以看到除了main線程還jvm還幫我們啟動了其他線程,這裡面啟動的線程有

  Finalizer:負責對象的Finalizer()方法

  Signal Dispatcher 負責把作業系統發來的信号分發給适當的程式處理

  Reference Handler GC、引用相關線程(java的垃圾回收)

  main 主線程，使用者程式的入口。

多線程

什麼是多線程?

多線程的概念：如果一個程式允許兩個或以上的線程，那麼它就是多線程程式。多線程市值在單個程序中運作多個線程。

生活中的多線程：

比喻你和室友同住一間房

• 客廳(程序的記憶體空間)
• 廁所(隻能有一個人上廁所 上廁所時其他人不能上 鎖的概念)
• 獨立房間(每個線程 有自己的ID 堆棧)
• 打掃(一個人打掃效率比較慢 在公共區域可能會一起協作打掃 )
• 吃火鍋
  • 大火鍋一人吃(相當于 單程序單線程)
  • 大火鍋一起吃 (單程序 多線程)
  • 一個人吃多個小火鍋(多程序)
  • 吃火鍋底料(有人霸占了這些火鍋(鎖) 那你就吃不到了)

什麼是多線程?

多線程實際例子：搶火車票

如果各個任務互相獨立 互不影響 則不需要多線程。

但絕大多數場景不同的任務 是互相耦合影響的，這時候就需要多線程。

為什麼需要多線程?

• 最主要是提高cpu利用效率

  -cpu一個時鐘周期 是非常快的 相對于記憶體 和 硬碟來說 是跟不上 cpu這個速度的 如果 為了響應 cpu 記憶體 的處理的資料 那會大大拖累cpu的性能。那cpu在這個等到記憶體 等外部裝置處理的、過程中就會浪費資源。而多線程就是提高cpu的資源使用率。

• 提高使用者體驗：避免卡頓、縮短等待時間
  • 并行處理，提高性能，通常是服務領域(例如timcat)，用多個線程去接收進來的Http請求，而不是排隊等待單一的線程處理。
  • 在Android開發中，主線程的重要任務之一是繪制螢幕界面，該線程中不允許進行IO操作或網絡請求，目的是避免卡頓，影響使用者互動。
• 便于程式員設計程式設計模型(将一個功能分割成若幹不同子線程)

• 阿姆達定律

  -處理器越多，程式就執行越快，但有上限，取決于程式中串行部分的比例，并行比例越高多處理器性能優勢越明顯。

  

  由于摩爾定律的逐漸失效 單主頻提升越來越不明顯，要想提升程式速度 需要靠程式提高并行處理的能力。

什麼場景會用到多線程？

• 同時處理不同的事:1. 聽音樂 2. 背景定時任務,execel
• 同時提高工作效率：1. tomecat 2. 并行下載下傳 3. NIO
• 需要很大并發量的時候

多線程的局限

• 性能問題:上下文切換帶來的問題
• 異構化任務: (任務結構不一樣)很難高效并行
• 帶來線程安全問題：包括資料安全問題(例如i++ 總數不一緻) 以及線程帶來的活躍性問題(線程饑餓、死鎖)

串行、并行、并發

• 串行和并行

  

  打個比方 串行就是你數羊毛一次數1根1根的 而并行 是十根十根一起數。
• 并行、并發

  

  在隻有一個cpu的情況下 但是 你的音樂 QQ 都能 同時運作 互相切換 就是cpu處于并行運算 将cpu的片段是在不同程序中切換配置設定的。這時cpu相當于在邏輯上并行處理多個應用。

  而當有多個cpu時 程式跑在真實的不同實體cpu上這時就是并發了。

  

• 真正的"同時"運作-在同一時刻，有多個任務同時執行。

  例如，在多核處理器上，有兩個線程同時執行一段代碼。

  相反的，單核cpu是無法處理并發任務的。

并發的2種概念

1. 形容多個任務的執行狀态
   • 兩個或多個任務可以再重疊的時間段内啟動，運作和完成

   • 并發(兩個線程同時執行)一定是并發

     p a r a l l e l i s m ∈ C o n c u r r e n c y parallelism \in Concurrency parallelism∈Concurrency

     可以說：并發是并行的充分條件,并行是并發的必要條件。

     

2. 對"并發性"的簡稱
   • 不同部分可以無序或同時執行，且并不會影響最終的執行結果。
   • 在不同核心數的計算機上的不同表現

串并行和并發的實際例子

• 打遊戲時,女朋友來電話

  假設 大腦是單核cpu

  并行：此時 如果你選擇繼續打遊戲并且 接電話 但受限于你的大腦是單核的 你的思維就隻能在這之間不同切換，此時就是并行。

  串行：此時你選擇暫時不接電話，等遊戲結束後 再打電話給女朋友 ，此時就是串行，每次隻處理一件事。

  一個程式能并行運作一定具有并發性。

是什麼讓并發和并行成為可能?

• CPU更新
• 作業系統更新
• 程式設計語言更新

高并發

• 什麼是高并發(雙十一 春晚 12306)
  • 是系統 同時能夠處理大量的不求請求的能力。
• 高并發和多線程的聯系和不同？
  • 多線程是高并發的一種重要的解決方案，多線程并不意味着高并發，如Redis 是單線程的同時也是能處理大量的請求。

• 高并發有哪些名額

  -QPS(Queries Per Second) 每秒的查詢數

  • 帶寬
  • PV(Page View)
  • UV(Unique Visitor)
  • IP 和 UV 的差別
  • 并發連接配接數(The number of concurrency)
  • 伺服器平均請求等待時間 (Time per request:across all concurrent requests)

同步與異步、阻塞與非阻塞

• 同步與異步：被調用者主動告訴調用者結果
• 阻塞與非阻塞：我是調用者，我調用一個東西以後，結果傳回前，是否還能處理其他事情。

如上圖 在EVENT調用後 有一段等待時間 電腦是不會做其他事情的 直到結果傳回前，此時電腦資源被白白的耗費着。

異步就不同了在發送一個請求後在伺服器響應前 電腦又去處理其他請求了。 就相當于你燒白開水 同步的話你就守在水壺面前什麼也不幹 直到水壺燒開 開關跳掉 但我相信平時你坑定不會這麼做 更多的是異步 燒開水時你去幹别的事等 燒開 等電源跳掉 你聽到了 再去取。

同步：同步異步這裡指的是被調用者(也就是伺服器)的行為，而不是請求方的行為。在沒有得到結果這錢，服務端就不傳回任何結果。

異步：調用在發出之後，服務端立刻傳回，告訴調用方”我收到你的請求了，我會處理的“。

再打個比方 你去借書 問老闆有沒有這本書老闆說 我幫你找找 然後過了一小時你就去問老闆 書有沒有找到 這時同步的一種思想 與此相對的是 當你去問老闆的時候老闆說 我先幫你找找 你留個電話找到了我再打電話給你這就相當于異步 回調了你的電話。

阻塞和非阻塞

• 站線上程狀态的角度
• 站線上程送出請求(通常是HTTP請求)的角度

• 阻塞非阻塞的栗子：燒水壺、買書

  還是借書的栗子 如果在你問了老闆之後 你如果去幹了别的事情那這就是非阻塞。當然如果你一直等着老闆 那就是阻塞。

  燒開水 同樣也是 你可以在燒毀的同時去看電視 等到 水壺發出 嗚嗚嗚的聲音你再處理。這樣就是異步非阻塞。如果你一直等着 但是等聽到水壺發出嗚嗚嗚 的聲音 你再去處理 這就是 異步阻塞 所謂的異步就是讓被調用者 主動觸發 調用者 來實作而同步與此相反 就是水壺不會發出 嗚嗚嗚 的聲音你必須時不時的去看 這水壺燒開沒有 。