线程和进程

目标：

1.什么是进程？什么是线程？

2.线程的生命周期？

3.怎么创建线程？

一、什么是进程和线程

1.1 应用程序

应用程序是指为完成某项或多项特定工作的计算机程序，它运行在用户模式，可以和用户进行交互，具有可视的用户界面。应用程序通常又被分为两部分：图形用户接口(GUI)和引擎。

1.2 进程

进程是操作系统进行资源分配的最小单位。

什么是资源？

CPU、内存空间、磁盘IO都是资源

1.3 什么是线程？

线程是CPU调度的最小单位。线程不能独立存在，必须依赖于进程。

1.4 CPU核心数和线程数的关系？

1.4.1 多核

一个CPU有多个核心。

内核处理器

一个CPU内核可以执行一个线程。

逻辑处理器

同时可以处理8个线程。

1.5 CPU时间片轮转技术

把CPU时间切片，（RR调度），分配给多个线程使用。

CPU 时间片轮转机制是一种抢占式调度算法,即 CPU 会分配给每个进程一个固定时间片,当一个进程的时间片用尽后,系统会打断该进程并分配给下一个进程。这一过程会一直进行下去,直到所有进程都被执行完毕。

实现原理：

1）系统将所有的就绪进程按先来先服务的原则,排成一个队列,

2）每次调度时,把CPU分配给队首进程,并令其执行一个时间片.时间片的大小从几ms到几百ms.

3）当执行的时间片用完时,由一个计时器发出时钟中断请求,调度程序便据此信号来停止该进程的执行,并将它送往就绪队列的末尾;

4）然后,再把处理机分配给就绪队列中新的队首进程,同时也让它执行一个时间片

1.5.1 上下文切换

上下文切换是非常耗费CPU时间的一个操作。一次上下文切换需要耗费20000个CPU周期。

二、CPU调度

CPU调度，涉及并行和并发的概念。

2.1 并行和并发

并行：同时执行不同的任务；

并发：交替执行不同的任务。

两者区别

1、并发：并发在一台处理器上“同时”处理多个任务。
2、并行：并行在多台处理器上同时处理多个任务。

2.2 为什么要使用多线程和高并发？

1）充分利用CPU资源

2）加快用户响应时间

2.2.2 高并发带来的问题

线程并非越多越好？

操作系统限制线程数：Linux: 1000个；Windows：2000个。

为什么需要限制线程数：线程分配需要占据资源（栈空间）；

实际开发中，多线程可以使用线程池。

Java天生就是多线程的。

三、创建线程的方式

3.1 Thread类启动

new Thread().start()

3.2 通过Runnable接口启动

public class MyRunnable implement Runnable

3.3 Thread类和Runnable接口区别？

Java对线程的抽象Thread;

Runnable是对业务逻辑的抽象。

3.4 Callable接口

Callable实现Runnable接口，本质上与Runnable是同一种实现。

四、Thread操作

4.1 start

启动线程。new Thread只是创建一个线程对象。只有start以后，才开始真正启动线程。

如果创建线程以后，调用两次start方法，会怎么样？

抛出异常。因为启动线程的时候会判断线程状态。

4.1.1 start与run方法的区别？

start启动线程，与操作系统挂钩。run是用户业务逻辑的处理。

4.2 join方法

A线程中，B线程join，待B执行完成以后，再接着执行A线程。

线程的执行变为串行。

join阻塞当前线程，执行新的线程任务，新任务执行完成后，在继续执行此任务。

4.4 停止线程stop

stop方法过期。stop强制把当前线程干掉，不管当前线程是否安全释放资源。

导致线程占用的资源不会正常的释放。

4.4.2 线程中断interrupt

结束线程可以使用interrupt中断。

• interrupt:对线程进行中断。实际上是给线程设置一个中断标志位。
• inpterrupted: 也可以判断当前线程是否被中断。
• isInterrupted: 判断当前线程是否被中断

JDK线程是协作式的，而不是抢占式的。interrupt以后，线程也可以完全不处理中断标志位。只是通知线程中断。

inpterrupted是一个静态方法，设置当前线程中断标志位，线程进入中断以后会将中断标志位重置。

尽量使用interrupt来结束线程。

4.4.3 Runnable中怎么判断线程是否需要中断？

Thread.currentThread.isInterrupted() 来判断

线程处于死锁状态是不会理会中断的。

sleep/wait中断时，外部线程发起interrupt操作，当前线程会抛出 InterruptException，但是不会结束线程。（线程资源释放）在异常处理中，由用户确定是否需要中断线程。

4.5 线程优先级setPriority

设置线程优先级，线程优先级1~10，默认值是5。操作系统决定，优先级不一定起作用。

4.6 守护线程setDaemon

用户线程。

守护线程：默认false。

守护进程是一种很有用的进程。Linux的大多数服务器就是用守护进程实现的。比如，Internet服务器inetd，Web服务器httpd等。同时，守护进程完成许多系统任务。比如，作业规划进程crond，打印进程lpd等。

所谓守护 线程，是指在程序运行的时候在后台提供一种通用服务的线程，比如垃圾回收线程就是一个很称职的守护者，并且这种线程并不属于程序中不可或缺的部分。因此，当所有的非守护线程结束时，程序也就终止了，同时会杀死进程中的所有守护线程。反过来说，只要任何非守护线程还在运行，程序就不会终止。

守护线程的finally也不一定会执行。

轮询带来的资源消耗，代码不优雅。

五、线程同步

5.1 synchronized

线程安全共享。

synchronized内置锁，在某个时刻只有一个线程访问方法或者同步代码块。

本质：加锁加在对象的对象头上。锁的是对象。

类锁：静态方法上加锁。Class对象加锁。

5.1.1 错误加锁的原因

System.identityHashCode(): 返回原生的hashCode，即使用户的继承类实现了hashCode.

Integer.valueOf返回值是创建了一个新的对象。

synchronized(i)：虽然加锁了，但是每次加锁的对象发生了变化，锁在不同的对象上，因此没有启起作用。

需要保证锁的对象不会发生变化。

5.2 volatile关键字

volatile保证对象的可见性。一个线程修改了对象的值，这个新值保证可以被其他线程马上看到。

5.3 ThreadLocal

多线程环境下对对象的安全访问。

ThreadLocal为每个线程提供变量副本，实现线程的隔离。

5.3.1 ThreadLocal使用

声明ThreadLocal变量，创建的时候可以指定初始值。

private static ThreadLocal<Integer> threadlocal = new ThreadLocal<Integer>() {

        return 1;

};

获取值get方法：

threadlocal.get()

写入Thread的值：

threadlocal.set()

5.3.2 原理

Map<threadId, Object>

Thread都有一个成员变量 threadlocalMap, 

5.3.2 ThreadLocal内存泄漏问题

ThreadLocal在get方法会清除Thread 回收的键值对，

ThreadLocal持有的对象不能是static，否则对象会出现共享。

 5.3.3 线程多个ThreadLocal怎么储存？

5.4 线程协作

wait/notify、notifyAll

wait和notify的标准范式：

一定包裹在synchronized关键字的范围内。

 

一个线程调用wait方法以后，会把线程自己持有的锁释放掉。

当线程被唤醒以后，会重新去竞争锁。

5.5 等待超时

wait(long timeoutMilSec)

notify：唤醒一个等待线程

notifyALL:唤醒所有的等待进程。

yeild: 让出CPU的执行权，不会释放锁。

sleep: 当前线程休眠一定时间，同样也不会释放锁；

wait: 当前线程进入休眠状态，且释放锁。线程只有唤醒后才能恢复执行。

六、分而治之和归并排序

6.1 Fork-Join

分而治之：把一个大问题分隔成相同的小问题，这个小问题之间无关联。

归并排序、快速排序、二分查找都是采用了分而治之的思想。

6.1.1 归并排序

 实现范式

七、线程的状态

线程的状态也称为线程的生命周期。

初始状态：new一个新的线程对象。并不代表线程真正开始执行。调用start方法以后才开始真正执行。

运行状态：运行态分为就绪态和运行中状态。

运行中：当前线程分配了时间片，拿到了CPU执行权限，进入运行中状态。

就绪态：如果CPU时间片用完了，或者某种原因被CPU剥夺了，或者某种原因放弃了，当前线程进入就绪态。等待操作系统分配时间片。

等待态：wait/join/LockSupport.park，线程进入等待状态。

什么时候从等待状态切回运行态呢？

Object.notify()/Object.notifyAll()/LockSupport.unpark()，可以将线程从等待状态切回运行状态。

如果是等待超时，会自动从等待态切回运行态。

阻塞态：等待进入synchronized，未获取到锁，阻塞等待。

什么时候退出阻塞态？

获取到锁以后，切回运行态。

终止态：线程执行完成。

如果调用显示锁lock，是否进入阻塞态？

不会。一个线程进入阻塞态，只有调用synchronized关键字。显示锁底层使用的是Locksupport。

八、死锁

8.1 什么是死锁？

死锁是指两个或者两个以上的线程在执行过程中，由于竞争资源或者由于彼此通信而造成的阻塞现象，若无外力作用，它们都将无法推进下去，此时系统处于死锁状态或者系统产生了死锁。

8.2 发生死锁的条件

发生死锁的三个必要条件：

1. 多个操作者(M>=2) 争夺多个资源（N》=2），N<=M
2. 争夺资源顺序不对
3. 拿到资源不放手

学术化的条件：

1. 互斥条件
2. 请求保持
3. 不剥夺：拿到资源后不能被外界强制剥夺
4. 环路等待：操作者对资源的等待形成环路。

 8.3 打破死锁的方式

针对资源顺序不会：强制规定争夺资源的顺序；

针对拿到资源不放手：争夺下一个资源失败的情况下，可以释放所有拿到的资源。

8.4 活锁

线程T1和T2 争夺资源A1、A2, T1先拿资源A1、再拿A2; 线程T2先拿资源A2, 再拿A1。两者都采用拿到资源失败时释放拿到的资源。

T1和T2都没有拿到资源，且未产生死锁，这种情况称为活锁。

Sleep一段时间，减少操作者碰撞的概率。

九、线程饥饿

线程优先级太低，老是拿不到CPU执行权。