【Java并发编程二】线程的基本知识

线程与进程的区别与联系

进程：

 操作系统中最核心的概念就是进程，进程是对正在运行中的程序的一个抽象，是系统进行资源分配和调度的基本单位。
 操作系统的其他所有内容都是围绕着进程展开的，负责执行这些任务的是CPU。
 进程一般由程序、数据集合和进程控制块三部分组成：程序用于描述进程要完成的功能，是控制进程执行的指令集。数据集合是程序在执行时所需要的数据和工作区。程序控制块，包含进程的描述信息和控制信息，是进程存在的唯一标志。

线程：

 线程（thread）是操作系统能够进行运算调度的最小单位，其是进程中的一个执行任务（控制单元），负责当前进程中程序的执行。
 一个进程至少有一个线程，一个进程可以运行多个线程，这些线程共享同一块内存，线程之间可以共享对象、资源，如果有冲突或需要协同，还可以随时沟通以解决冲突或保持同步。

区别

• 本质区别：进程是操作系统资源分配的基本单位，而线程是任务调度和执行的基本单位
• 在开销方面：每个进程都有独立的代码和数据空间（程序上下文），程序之间的切换会有较大的开销；线程可以看做轻量级的进程，同一类线程共享代码和数据空间，每个线程都有自己独立的运行栈和程序计数器（PC），线程之间切换的开销小
• 所处环境：在操作系统中能同时运行多个进程（程序）；而在同一个进程（程序）中有多个线程同时执行（通过CPU调度，在每个时间片中只有一个线程执行）
• 内存分配方面：系统在运行的时候会为每个进程分配不同的内存空间；而对线程而言，除了CPU外，系统不会为线程分配内存（线程所使用的资源来自其所属进程的资源），线程组之间只能共享资源
• 包含关系：没有线程的进程可以看做是单线程的，如果一个进程内有多个线程，则执行过程不是一条线的，而是多条线（线程）共同完成的；线程是进程的一部分，所以线程也被称为轻权进程或者轻量级进程

线程的生命周期

 在Java的Thread线程类中，有一个枚举类，枚举了线程的各个状态：

public enum State {
        // 线程还没有启动
        NEW,

        // 运行状态
        RUNNABLE,

        // 线程阻塞，无法获得想要获得的资源，可能是资源正在被锁定，或等待被解锁
        BLOCKED,

        // 由于调用其中一个线程，线程处于等待状态
        WAITING,

        // 具有指定等待时间的等待线程的线程状态
        TIMED_WAITING,

        // 终止线程的线程状态
        TERMINATED;
    }
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19

 创建一个类继承Runnable接口，测试thread每个周期的状态：

package myTest;

public class myTest implements Runnable {

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        myTest test = new myTest();
        Thread thread = new Thread(test);
        System.out.println(thread.getState());
        thread.start();
        System.out.println(thread.getState());
        thread.sleep(1000);
        System.out.println(thread.getState());

    }
    public String sout() {
        return "test";
    }
    @Override
    public void run() {
        System.out.println(this.sout());
        // System.out.println("runnning");
    }
}
/**
NEW
RUNNABLE
test
TERMINATED
*/
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29

线程的切换

 CPU通过时间片分配算法来循环执行任务，当前任务执行一个时间片后会切换到下一个任务。
 在切换前会保存上一个任务的状态，以便下次切换回这个任务时，可以再加载这个任务的状态。
 所以任务从保存到再加载的过程就是一次线程切换。

并发的级别

1. 阻塞
 一个线程是阻塞的，那么在其他线程释放资源之前，当前线程无法继续执行。阻塞可以分很多情况，一种是临时阻塞，就是当时要访问的资源暂时被锁住的了无法访问，所以就停留在此地，另一种是碰到了死锁，就会一直被阻塞，直到设计者发现它。

2 无饥饿（Starvation-Free）
 如果线程之间是有优先级的，那么线程调度的时候总是会倾向于满足高优先级的线程。也就是说，对于同一个资源的分配，是不公平的。锁也分公平锁和非公平锁，对于非公平锁来说，系统允许高优先级的线程插队。这样就有可能导致低优先级的线程产生饥饿。但是如果是公平锁，满足先来后到，那么饥饿就不会产生，不管新来的线程优先级多高，要想获得资源，就必须乖乖排队。这样所有的线程都有机会执行。

3 无障碍（Obstruction-Free）
 无障碍是一种最弱的非阻塞调度。无障碍表示两个线程可以畅通无阻的行动，但也会出现一些矛盾，比如一起访问同一个资源，又一起修改一个资源，那样就会出现数据的不可见性，对于无障碍的线程来说，一旦检测到这种情况，它就会立即对自己所做的修改进行回滚，确保数据安全。

4 无锁（Lock-Free）
 无锁的并行都是无障碍的。但是这样会出现很多很多问题，比如说也是同时访问和修改资源，如果发生了资源的争夺，可能会陷入长时间的阻塞或者是直接奔溃，这对于程序来说，无疑是致命的。

5 无等待（Wait-Free）
 无锁只要求一个线程可以在有限步数内完成操作，而无等待则是在无锁的基础上更进一步进行扩展，它要求所有的线程都必须在有限步数内完成，这样就不会引起线程饥饿问题。