深入理解Java进程与线程

1.进程与线程

1. 进程：程序由指令和数据组成，必须将指令加载到cpu，数据加载至内存。进程就是用来加载指令、管理内存、管理IO的。进程可以被视为程序的一个实例。
   当一个程序被运行，从磁盘加载这个程序的代码到内存，这时就开启了一个进程。
2. 线程：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，将指令流中的指令以一定的顺序交给cpu执行。
   在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。
3. 进程与线程对比：
   1.进程基本上是相互独立的，而线程存在于进程内，是进程的一个子集。
   2.进程拥有共享的资源，如内存空间，供其内部的线程共享。
   3.进程间通信较为复杂：不同计算机之间的进程通信，需要通过网络，遵守共同的协议，例如HTTP。
   4.线程通信相对简单，因为他们共享进程内的内存，例如多个线程可以访问同一个共享变量。
   5.线程更轻量，线程上下文切换成本比进程低。
4. 单核cpu下，线程实际还是串行执行的。一般会将这种线程轮流使用cpu的做法称为并发。
   多核cpu下，每个核都可以调度运行线程，这时候线程是可以并行的。
5. 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。
6. 单核cpu下，多线程不能实际提高程序运行效率，只是为了能够在不同的任务之间切换。
   多核cpu可以并行跑多个线程，但能否提高程序运行效率还是要分情况的
   IO操作不占用cpu，只是一般拷贝文件使用的是阻塞IO，这时相当于线程虽然不用CPU，但需要一直等待IO结束，没能充分利用线程。

2.Java线程

1. 创建和运行线程的方法、：
   1.直接使用Thread，例如将run()方法，即要执行的任务写在thread中
   2.视同Runnable配合thread，把线程和任务分开，thread代表线程，runnable代表可运行的任务
   PS：java8以后可以使用lambda精简代码：Runnable task = () -> log.debug(“hello”)
   原理之Thread与Runnable的关系
   (1)方法1是把线程和任务合并在了一起，方法2是把线程和任务分开了
   (2) 用Runnable更容易与线程池等高级API配合
   (3) 用Runnable让任务类脱离了Thread继承体系，更灵活
   3.FutureTask配合Thread
   FutureTask能够接收Callable类型的参数，用来处理有返回结果的情况
   FutureTask task3 = new FutureTask<>(() -> {
   log.debug(“hello”);
   return 100;
   });
   // 参数1 是任务对象; 参数2 是线程名字，推荐
   new Thread(task3, “t3”).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);
2. 查看进程线程的方法：
   1.windows：任务管理器可以查看进程和线程数，也可以用来杀死进程 tasklist查看进程 taskkill 杀死进程
   2.linux：ps -fe 查看所有进程 ps -fT -p 查看某个进程的所有线程 top按大写H切换是否显示线程
   top -H -p 查看某个进程的所有线程
   3.Java：jps查看所有Java进程 jstack查看某个进程的所有线程状态 jconsole查看某个进程中线程的运行情 况(图形界面)
3. 原理之线程运行
   1.每个线程启动后，虚拟机就会为其分配一块栈内存。每个栈由多个栈帧组成，对应着每次方法调用时占用的内存；每个线程只能有一个活动栈帧，对应着当前正在执行的那个方法。
4. 线程上下文切换：
   因为以下的一些原因导致cpu不再执行当前的线程，转而执行另一个线程的代码
   (1)线程的cpu时间片用完 (2)垃圾回收 (3) 有更高优先级的线程需要运行 (4)线程自己调用了sleep，yield，wait，join，park，synchronized，lock等方法。
   当线程上下文切换发生时，需要由操作系统保存当前线程的状态，并恢复另一个线程的状态，Java中对应的概念就是程序计数器，它的作用是记住下一条指令的执行地址，是线程私有的。
5. 常见方法：
   (1) start() 启动一个新线程，在新的线程运行run方法里的代码start方法只是让线程进入就绪，里面代码不一定立刻运行(cpu的时间片还没分给它)。每个线程对象的该方法只能调用一次否则会抛出illegalThreadStateException
   (2)run() 新线程启动后会调用的方法，如果构造Thread对象时传递了Runnable参数，启动后会调用参数中的run方法，否则默认不执行任何操作。但可以创建Thread的子类对象，来覆盖默认行为。
   (3)join() 等待线程运行结束
   (4) getState() 获取线程状态，Java中用6个enum枚举类表示，分别为NEW，RUNNABLE，BLOCKED，WAITING，TIMED_WAITING，TERMINATED
   (5) interrupt() 打断线程，如果被打断线程正在sleep，wait，join会导致被打断的线程抛出InterruptedException，并清除打断标记；如果打断的是正在运行的线程，则会设置打断标记；park的线程被打断，也会设置打断标记，不会清空打断状态；如果打断标记已经是true，则park会失效
   (6) isInterrupted 判断是否被打断 不会清除打断标记
   (7) interrupted 判断当前线程是否被打断，会清除打断标记，源码实际上就是调用isInterrupted(true)
   (8) yield() 提示线程调度器让出当前线程对cpu的使用 主要是为了测试
6. start与run
   1.直接调用run是在主线程中执行了run，没有启动新的线程
   2.使用start是启动新的线程，通过新的线程间接执行run中的代码
7. sleep与yield
   1.sleep：(1)调用sleep会让当前线程从Running进入Timed Waiting状态(阻塞)
   (2) 其他线程可以使用interrupt方法打断正在睡眠的线程，这时会抛出InterruptedException
   (3) 睡眠结束后的线程未必会立刻得到执行
   (4) 建议用TimeUnit的sleep代替Thread的sleep来获得更好的可读性
   2.yield： (1)调用yield会让当前线程从Running进入Runnable就绪状态，然后调度执行其他线程
   (2)具体的实现依赖操作系统的任务调度器(如果调用yield之后没有其他线程被调度，则仍会运行该线程)
   3.线程优先级：线程优先级会提示调度器优先调度该线程，但它仅仅是一个提示，调度器可以忽略它
   如果cpu比较忙，那么优先级高的线程会获得更多的时间片，但cpu闲时，优先级几乎没作用
8. 主线程与守护线程
   1.默认清空下，Java进程需要等待所有线程都运行结束才会结束。但有一种特殊的线程叫守护线程，只要其他非守护线程运行结束了，即使守护线程的代码没有执行完，也会强制结束。
   2.垃圾回收器线程就是一种守护线程
   Tomcat中的Acceptor和Poller线程都是守护线程，所以接收到shutdown命令后，不会等待他们完成请求
9. 五种状态：这是从操作系统层面来描述的
   1.初始状态：仅是从语言层面创建了线程对象，还未与操作系统线程关联
   2.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
   3.运行状态：获取了cpu时间片运行中的状态，当cpu时间片用完，会从运行状态转换至可运行状态，上下文切换
   4.阻塞状态：如果调用了阻塞API，如BIO读写文件，这时该线程实际不会用到cpu，会导致线程上下文切换，进入阻塞状态。 等BIO操作完毕，会由操作系统唤醒阻塞的线程，转换至可运行状态
   与可运行状态的区别是，对阻塞状态的线程来说只要它们一直不唤醒，调度器就一直不会考虑调度它们
   5.终止状态表示线程已经执行完毕，生命周期已经结束，不会再转换为其他状态。
10. 六种状态：这是从Java API层面来描述的，根据Thread.State枚举，分为六种状态
    1.NEW线程刚被创建，但是还没有调用start方法
    2.RUNNABLE为调用了start()之后，PS：JAVA API层面的RUNNABLE状态涵盖了操作系统层面的可运行状态、运行状态、阻塞状态(由于BIO导致的线程阻塞，在JAVA中无法区分，仍然认为是可运行)
    3.BLOCKED、WAITING、TIMED_WAITING都是JAVA API层面对阻塞状态的细分
    4.TERMINATED代表线程代码运行结束

最后

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