Java 从多线程到并发编程（一）——初识线程 进程 多线程 Thread Runnable

2022-11-20 18:15:13

文章目录

前言 ´･ᴗ･`

多线程 基础自然是进程 线程

  • 本节将会帮助你了解…
    • 进程的理解
    • 线程的理解 进程与线程的关系
    • Thread实现 Run Start应用
    • Thread实现图片下载

进程 一段静态程序 动态执行的过程

定义 进程是一个具有独立功能的程序关于某个数据集合的一次运行活动。它可以申请和拥有系统资源，是一个动态的概念，是一个活动的实体。它不只是程序的代码，还包括当前的活动，通过程序计数器的值和处理寄存器的内容来表示。

说白了

  • 静态的代码经过编译（或者解释），
  • 转为机器码
  • 操作系统分配系统资源来运行程序，比如内存空间
  • 也就是把机器码（可运行代码）放到内存里面
  • 除了存可运行代码 很重要的是保存运行结果 因此很多值处在内存的堆栈里边 并不和代码放一起
  • 如果得到CPU的青睐 这个内存的程序就有幸能够在CPU中 被CPU计算
  • 之前所说的堆栈中的初始值也会被运输到CPU的寄存器中 进行相应计算
  • 如果CPU另寻新欢 想抛弃这个进程寻求下一个进程的爱（好吧就是为下一个进程计算）
  • 那CPU也会负责任的把已经计算的结果 放到刚刚进程（前男友？）空间的内存堆栈里边

一个计算机系统进程包括（或者说“拥有”）下列数据：
程序的可运行机器码在存储器的映像
分配到的存储器（通常包括虚拟内存的一个区域）
存储器的内容包括可运行代码
特定于进程的数据（输入、输出）
调用堆栈、堆栈（用于保存运行时运数中途产生的数据）
分配给该进程的资源的操作系统描述符，诸如文件描述符（Unix术语）或文件句柄（Windows）、数据源和数据终端。
安全特性，诸如进程拥有者和进程的权限集（可以容许的操作）
处理器状态（内文），诸如寄存器内容、物理存储器寻址等。当进程正在运行时，状态通常储存在寄存器，其他情况在存储器。

可能你还是不太理解另寻新欢的过程，换言之，这就是进程的切换

进程的切换

进行进程切换 就是从正在运行的进程中收回处理器，然后再使待运行（所谓的就绪状态）进程来占用处理器。

换言之 其实可以理解为CPU决定要为哪个进程计算，就好像女神决定要为那个男士服务一样，如果这个男士不够格，也就是进程的优先级不够 那么CPU女王就会另寻新欢~ 之前处于就绪态的进程（备胎）就会上位。（当然这里 并非CPU做的决策 CPU只能计算 还有别的部分负责鉴定进程优先级 这里你可以这样yy理解）

所以之前的进程（前男友），存放在处理器的寄存器中的中间数据该怎么办？因为处理器的寄存器要腾出来让其他进程使用（让给下一位进程男士~）。那么被中止运行进程的中间数据存在何处？前男友进程的私有堆栈。

因此 进程男士，占用处理器女神，第一步就是把进程存放在私有堆栈中的数据，也就是前一次进程男士被中止（被抛弃）时的中间数据，再插入（复制移动MOV）到处理器女神的寄存器中去，
并把待运行进程的断点 也就是上次没计算完 没做完的部分 送入处理器的程序指针PC，于是处理器开始接着上次的部分运行，接着上次的部分做。

总结起来 切换包含了清理旧进程（该拿走的赶紧拿走 本CPU不存）以及接纳新进程（把数据和PC指针都注入进来吧~），换言之，也就是女神抛弃前男友和接入新男友两个部分

进程的状态

进程执行时的间断性，决定了进程可能具有多种状态。就类似男士是单身，还是已经有女朋友，还是被暂时抛弃，这几种情感状态一样~

1）就绪状态（Ready）—— 单身
进程已获得除处理器外的所需资源，等待处理器女神；只要分配了处理器，进程就可执行。

注意 就绪进程具有不同的优先级，会形成队列，就类似女神会给她的备胎们排序，对于进程而言，当一个进程由于时间片用完而进入就绪状态时，就会排入低优先级队列；当进程由I/O操作完成而进入就绪状态时，则会排入高优先级队列。

2）运行状态(Running)——已有女朋友
进程占用处理器资源；

当然 如果 在没有其他进程可以执行时(如所有进程都在阻塞状态)，通常会自动执行系统的空闲进程 类似CPU会自己干自己的2333。

3）阻塞状态(Blocked)——不举
由于进程等待某种条件（如I/O操作或进程同步），在条件满足之前无法继续执行。该事件发生前即使把处理器资源分配给该进程，也无法运行。所以遭到CPU抛弃，CPU将另寻新欢，切换到别的进程。

进程与线程

这里可以参考阮一峰大佬（竟然与大佬同姓）的文章，讲比较生动有趣

线程的应用 实现之一 Thread

说白了 由于进程的创建花费的资源太多 一般采用多线程的形式 我们java不也是main线程（用户线程） gc线程（守护线程）整起来的的嘛：）

我们有三种方式来实现线程

  • Thread继承
  • Runnable接口实现
  • Callable接口实现

先来聊聊Thread（基础）

我们直观感受多线程 跑个小demo就好：

Run函数与Start函数
经典 区别就是 run函数就是直接调用（传统执行方式） 而start则隐含多线程的效果
对比一下，我们把叫miao（类名为thread_first）作为一个线程，叫wang作为主线程，然后测试如下代码, 在主线程运行的同时，使用thread_first.start() 代码如下：

package com.base.threadlearning;

public class thread_first extends Thread{
    @Override
    public void run(){
        for (int i = 0; i < 20; i++) {
            System.out.println("miao"+i);
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        thread_first thread_first = new thread_first();
        thread_first.start();

        for (int i = 0; i < 20; i++) {
            System.out.println("wang"+i);
        }
    }
}

如果像这样 我们用start来执行线程thread_first 那么可以实现与主线程交替执行的多线程效果：

wang0
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wang1
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wang19

如果使用run 那就是单纯执行而已 如下：

miao0
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可见thread_first先执行了

Thread实现图片下载

前面那个例子有点尬 也就是直观体验一下 现在来个稍微有点用的例子 下载图片。首先实现一下，下载功能的对象

package com.base.threadlearning.download_pic;

import org.apache.commons.io.FileUtils;

import java.io.File;
import java.io.IOException;
import java.net.URL;

public class Downloader {
    public void download(String url, String name){

        try {
            FileUtils.copyURLToFile(new URL(url),new File(name));
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
            System.out.println("download failed");
        }
    }

}

然后我们来写Thread 的demo 验证一下两个问题
1 先start的线程一定先执行嘛？如果不是 那是谁决定顺序呢？
2 效率真的有提升吗？（时间减少）

我们编写demo 如下

package com.base.threadlearning.download_pic;

public class Thread_download_pic extends Thread{
    private String url;
    private String name;
    public Thread_download_pic(String url, String name){
        this.name = name;
        this.url = url;
    }
    @Override
    public void run(){
        Downloader downloader = new Downloader();
        downloader.download(url,name);
        System.out.println("download "+name+" done");

    }

    public static void main(String[] args) {
        String _url = "https://timgsa.baidu.com/timg?image&quality=80&size=b9999_10000&sec=1604058853499&di=65a5ee6cea043252fd2385db8658e11f&imgtype=0&src=http%3A%2F%2Fcdn.duitang.com%2Fuploads%2Fitem%2F201410%2F17%2F20141017162807_4JuXA.thumb.700_0.jpeg";
        String _name = "D:\\Users\\Ryan\\IdeaProjects\\jvm_base_knowledge\\src\\main\\java\\com\\base\\threadlearning\\download_pic\\saber\\";
        Thread_download_pic thread_download_pic_1 = new Thread_download_pic(_url,_name+"1.jpg");
        Thread_download_pic thread_download_pic_2 = new Thread_download_pic(_url,_name+"2.jpg");
        Thread_download_pic thread_download_pic_3 = new Thread_download_pic(_url,_name+"3.jpg");

        thread_download_pic_1.start();
        thread_download_pic_2.start();
        thread_download_pic_3.start();
    }
}

下载的名称与路径_name 你们可以自定义 我这里也不隐藏我的绝对路径了 反正黑客破解了也找不到什么值钱的东西2333：）

这里注意 我下载器这个类对象Downloader是单独拉出来一个文件放置的
毕竟只要和main所在类Thread_download_pic 同一目录 可以直接调用 当然你把它放在里面当成内部类也可以 我是为了方便共同调用 抽离出来而已（我们后面还要用Runnnable Callable来实现这个demo）
目录结构如图：
Java 从多线程到并发编程（一）——初识线程 进程 多线程 Thread Runnable
然后我们运行 可以明确 先start与后start确实不影响线程执行的顺序
Java 从多线程到并发编程（一）——初识线程 进程 多线程 Thread Runnable

实际上是CPU轮询线程 CPU决定线程执行的先后 但是放心 谁先执行都一样 因为CPU频率太高 几乎可以看成同时执行，当然 这与真正的并行还相差甚远，尤其没有耗时操作的时候，这类单核CPU跑多线程和单线程效果几乎相同，但是我们这个应用因为有网络请求这种耗时操作 故具有优化的空间

如果是多核CPU那就真正实现了完全或者部分多线程 不过。。核数往往不太可能超过线程数

总结 ´◡`

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