Java 多執行緒基礎（一）基本概念

2020 年 6 月 6 日
筆記

Java 多執行緒基礎（一）基本概念

一、並發與並行

1、並發：指兩個或多個事件在同一個時間段內發生。

2、並行：指兩個或多個事件在同一時刻發生（同時發生）。

在作業系統中，安裝了多個程式，並髮指的是在一段時間內宏觀上有多個程式同時運行，這在單 CPU 系統中，每一時刻只能有一道程式執行，即微觀上這些程式是分時的交替運行，只不過是給人的感覺是同時運行，那是因為分時交替運行的時間是非常短的。

而在多個 CPU 系統中，則這些可以並發執行的程式便可以分配到多個處理器上（CPU），實現多任務並行執行，即利用每個處理器來處理一個可以並發執行的程式，這樣多個程式便可以同時執行。目前電腦市場上說的多核 CPU，便是多核處理器，核越多，並行處理的程式越多，能大大的提高電腦運行的效率。

3、注意點

單核處理器的電腦肯定是不能並行的處理多個任務的，只能是多個任務在單個CPU上並發運行。同理，執行緒也是一樣的，從宏觀角度上理解執行緒是並行運行的，但是從微觀角度上分析卻是串列運行的，即一個執行緒一個執行緒的去運行，當系統只有一個CPU時，執行緒會以某種順序執行多個執行緒，我們把這種情況稱之為執行緒調度。

二、執行緒與進程

1、進程：是指一個記憶體中運行的應用程式，每個進程都有一個獨立的記憶體空間，一個應用程式可以同時運行多個進程；進程也是程式的一次執行過程，是系統運行程式的基本單位；系統運行一個程式即是一個進程從創建、運行到消亡的過程。

2、執行緒：執行緒是進程中的一個執行單元，負責當前進程中程式的執行，一個進程中至少有一個執行緒。一個進程中是可以有多個執行緒的，這個應用程式也可以稱之為多執行緒程式。

作業系統調度的最小任務單位是執行緒。常用的Windows、Linux等作業系統都採用搶佔式多任務，如何調度執行緒完全由作業系統決定，程式自己不能決定什麼時候執行，以及執行多長時間。

（一）、執行緒的產生

每個進程都有自己的地址空間，即進程空間，在網路或多用戶換機下，一個伺服器通常需要接收大量不確定數量用戶的並發請求，為每一個請求都創建一個進程顯然行不通（系統開銷大響應用戶請求效率低），因此作業系統中執行緒概念被引進。執行緒的改變只代表CPU的執行過程的改變，而沒有發生進程所擁有的資源的變化。

執行緒的執行過程是線性的，儘管中間會發生中斷或者暫停，但是進程所擁有的資源只為改線狀執行過程服務，一旦發生執行緒切換，這些資源需要被保護起來。
進程分為單執行緒進程和多執行緒進程，單執行緒進程宏觀來看也是線性執行過程，微觀上只有單一的執行過程。多執行緒進程宏觀是線性的，微觀上多個執行操作。

（二）、進程與執行緒的區別

地址空間。同一執行緒共享該進程的地址空間；進程之間是獨立的地址空間，
用於資源。同一進程內的執行緒共享本進程的資源如記憶體、I/O、cpu等，但是進程之間的資源是獨立的。
執行過程。每個獨立的進程程有一個程式運行的入口、順序執行序列和程式入口。但是執行緒不能獨立執行，必須依存在應用程式中，由應用程式提供多個執行緒執行控制。

（三）、優缺點

執行緒執行開銷小，但是不利於資源的管理和保護。執行緒適合在SMP機器（雙CPU系統）上運行。進程執行開銷大，但是能夠很好的進行資源管理和保護。進程可以跨機器前移。

（四）、使用場景

對資源的管理和保護要求高，不限制開銷和效率時，使用多進程。

要求效率高，頻繁切換時，資源的保護管理要求不是很高時，使用多執行緒。

三、執行緒的狀態

執行緒共包括以下5種狀態，也叫生命周期。
1. 新建狀態(New) ：執行緒對象被創建後，就進入了新建狀態。例如，Thread thread = new Thread()。
2. 就緒狀態(Runnable)：也被稱為「可執行狀態」。執行緒對象被創建後，其它執行緒調用了該對象的start()方法，從而來啟動該執行緒。例如，thread.start()。處於就緒狀態的執行緒，隨時可能被CPU調度執行。
3. 運行狀態(Running) ：執行緒獲取CPU許可權進行執行。需要注意的是，執行緒只能從就緒狀態進入到運行狀態。
4. 阻塞狀態(Blocked) ：阻塞狀態是執行緒因為某種原因放棄CPU使用權，暫時停止運行。直到執行緒進入就緒狀態，才有機會轉到運行狀態。阻塞的情況分三種：
① 等待阻塞 -- 通過調用執行緒的wait()方法，讓執行緒等待某工作的完成。
② 同步阻塞 -- 執行緒在獲取 synchronized 同步鎖失敗(因為鎖被其它執行緒所佔用)，它會進入同步阻塞狀態。
③ 其他阻塞 -- 通過調用執行緒的sleep()或join()或發出了I/O請求時，執行緒會進入到阻塞狀態。當sleep()狀態超時、join()等待執行緒終止或者超時、或者I/O處理完畢時，執行緒重新轉入就緒狀態。
5. 死亡狀態(Dead) ：執行緒執行完了或者因異常退出了run()方法，該執行緒結束生命周期。