并发编程（1）

进程与线程

进程
  程序由指令和数据组成，但这些指令要运行，数据要读写，就必须将指令加载至 CPU，数据加载至内存。在指令运行过程中还需要用到磁盘、网络等设备。进程就是用来加载指令、管理内存、管理IO的。
  当一个程序被运行，从磁盘加载这个程序的代码至内存，这时就开启了一个进程。
  进程就可以视为程序的一个实例。大部分程序可以同时运行多个实例进程（例如记事本、画图、浏览器等），也有的程序只能启动一个实例进程（例如网易云音乐、360 安全卫士等。

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，将指令流中的一条条指令以一定的顺序交给 CPU 执行。
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。

二者对比
进程基本上相互独立的，而线程存在于进程内，是进程的一个子集 
进程拥有共享的资源，如内存空间等，供其内部的线程共享 
进程间通信较为复杂
同一台计算机的进程通信称为 IPC（Inter-process communication） 
不同计算机之间的进程通信，需要通过网络，并遵守共同的协议，例如 HTTP
线程通信相对简单，因为它们共享进程内的内存，一个例子是多个线程可以访问同一个共享变量 
线程更轻量，线程上下文切换成本一般上要比进程上下文切换低

并行与并发

单核 cpu 下，线程实际还是串行执行的。操作系统中有一个组件叫做任务调度器，将 cpu 的时间片（windows下时间片最小约为 15 毫秒）分给不同的程序使用，只是由于 cpu 在线程间（时间片很短）的切换非常快，人类感觉是同时运行的。总结为一句话就是：微观串行，宏观并行。一般会将这种线程轮流使用 CPU 的做法称为并发， concurrent

Java 线程

创建和运行线程

方法一，直接使用 Thread

// 创建线程对象
Thread t = new Thread() { 
public void run() {
// 要执行的任务
    } 
};
// 启动线程 
t.start();

方法二，使用 Runnable 配合 Thread

把【线程】和【任务】（要执行的代码）分开
Thread 代表线程
Runnable 可运行的任务（线程要执行的代码）

Runnable runnable = new Runnable() { 
public void run(){
// 要执行的任务
    } 
};
// 创建线程对象
Thread t = new Thread( runnable ); 
// 启动线程
t.start();

分析 Thread 的源码，理清它与 Runnable 的关系 
小结
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 
用 Runnable 更容易与线程池等高级 API 配合
用 Runnable 让任务类脱离了 Thread 继承体系，更灵活

方法三，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

// 创建任务对象
FutureTask<Integer> 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);

栈与栈帧

我们都知道 JVM 中由堆、栈、方法区所组成，其中栈内存是给谁用的呢？其实就是线程，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（Frame）组成，对应着每次方法调用时所占用的内存 
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

线程上下文切换（Thread Context Switch）

因为以下一些原因导致 cpu 不再执行当前的线程，转而执行另一个线程的代码：
        线程的 cpu 时间片用完 
        垃圾回收
        有更高优先级的线程需要运行
        线程自己调用了 sleep、yield、wait、join、park、synchronized、lock 等方法
当 Context Switch 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（Program Counter Register），它的作用是记住下一条 jvm 指令的执行地址，是线程私有的。
状态包括程序计数器、虚拟机栈中每个栈帧的信息，如局部变量、操作数栈、返回地址等 
Context Switch 频繁发生会影响性能

常见方法

 

 

 

sleep 与 yield

 sleep
1. 调用 sleep 会让当前线程从  Running 进入  Timed Waiting 状态（阻塞）
2. 其它线程可以使用  interrupt 方法打断正在睡眠的线程，这时 sleep 方法会抛出     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

yield
1. 调用 yield 会让当前线程从  Running 进入  Runnable 就绪状态，然后调度执行其它线程
2. 具体的实现依赖于操作系统的任务调度器

线程优先级

1.线程优先级会提示（hint）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 
2.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

interrupt

打断 sleep，wait，join 的线程，这几个方法都会让线程进入阻塞状态
打断 sleep，wait，join阻塞的线程, 会清空打断状态
打断正常运行的线程, 不会清空打断状态

线程的五种状态

这是从 操作系统 层面来描述的

【初始状态】仅是在语言层面创建了线程对象，还未与操作系统线程关联
【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 
【运行状态】指获取了 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】，会导致线程的上下文切换 
【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
【终止状态】表示线程已经执行完毕，生命周期已经结束，不会再转换为其它状态 

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