线程与进程(java)

线程与进程核心知识学习卡片

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一、基础概念

1. 什么是进程？

• 是程序的一次执行过程；
• 是资源分配的基本单位；
• 拥有独立的地址空间、堆栈、文件描述符等资源。

2. 什么是线程？

• 是 CPU 调度的基本单位；
• 同一个进程中的多个线程共享资源；
• 创建和切换成本比进程低。

3. 进程 vs 线程 对比表

特性	进程	线程
资源分配	独立拥有资源	共享所属进程资源
切换代价	高	低
安全性	相互隔离	易受干扰
并发性	可并行执行	更高效并发

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二、线程状态与生命周期

Java 中线程的六种状态：

状态	描述
NEW	线程对象已创建但尚未启动
RUNNABLE	可运行状态（包括正在运行和等待 CPU）
BLOCKED	等待获取锁进入 synchronized 代码块或方法
WAITING	等待其他线程唤醒（如调用 Object.wait()）
TIMED_WAITING	在指定时间内等待（如 sleep(), wait(timeout)）
TERMINATED	线程已经结束

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三、常见问题解答（FAQ）

Q1：什么是上下文切换？

上下文切换是 CPU 从一个线程（或进程）切换到另一个线程的过程。频繁切换会带来性能损耗。

Q2：什么是守护线程？

守护线程是一种为其他线程提供服务的线程，如垃圾回收器。JVM 不会因为守护线程而阻止退出。

Q3：什么是死锁？如何避免？

死锁是多个线程互相等待对方释放资源导致都无法继续执行。

• 避免方式：
  • 按固定顺序加锁；
  • 使用 tryLock；
  • 避免嵌套锁；

Q4：synchronized 和 ReentrantLock 的区别？

特性	synchronized	ReentrantLock
加锁方式	自动加锁解锁	手动控制 lock/unlock
尝试锁	不支持	支持 tryLock
超时机制	不支持	支持
公平性	默认非公平	可设置为公平锁

Q5：volatile 关键字的作用是什么？能代替锁吗？

volatile 保证变量的可见性和禁止指令重排序，但不保证原子性，不能完全替代锁。

Q6：Thread.sleep() 和 Object.wait() 的区别？

对比点	Thread.sleep()	Object.wait()
是否释放锁	❌ 不释放	✅ 释放
唤醒方式	时间到了自动恢复	需要调用 notify/notifyAll
使用前提	无	必须在同步代码块中调用

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四、线程池详解

1. 为什么要用线程池？

• 提高响应速度；
• 控制最大并发数；
• 统一管理线程生命周期；
• 减少线程创建销毁开销；

2. 核心参数说明

ThreadPoolExecutor(
    int corePoolSize,      // 核心线程数
    int maximumPoolSize,   // 最大线程数
    long keepAliveTime,    // 非核心线程空闲存活时间
    TimeUnit unit,         // 时间单位
    BlockingQueue<Runnable> workQueue, // 任务队列
    ThreadFactory threadFactory,       // 线程工厂
    RejectedExecutionHandler handler) // 拒绝策略

3. 工作流程图解

1. 如果当前线程数 < corePoolSize → 新建线程处理；
2. 如果 >= corePoolSize 且队列未满 → 加入队列等待；
3. 如果队列已满 且线程数 < maxPoolSize → 新建线程处理；
4. 如果线程数已达 maxPoolSize 且队列已满 → 触发拒绝策略；

4. 常见拒绝策略

策略	描述
AbortPolicy	默认策略，抛出异常
CallerRunsPolicy	由调用者线程自己执行该任务
DiscardPolicy	默默丢弃任务
DiscardOldestPolicy	丢弃队列中最老的任务

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五、进阶理解

Java 中的线程模型是哪种？

Java 使用的是 一对一模型（1:1），每个 Java 线程对应一个 OS 线程。

线程池是否应该关闭？如果不关闭会怎样？

应该关闭线程池，否则可能导致内存泄漏、程序无法正常退出。

正确做法示例：

executor.shutdown(); 
if (!executor.awaitTermination(60, TimeUnit.SECONDS)) {
    executor.shutdownNow();
}

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六、类比与比喻

类比	描述
进程 = 公司	拥有自己的地址、员工、资产
线程 = 员工	共享公司资源，各自工作，崩溃可能影响整个公司
线程池 = 外包团队	事先准备好人员，按需调用，统一管理

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七、推荐学习资料

类型	推荐内容
📚 书籍	《操作系统导论》《Java并发编程实战》《深入理解计算机系统》
🎥 视频	B站清华大学操作系统课程、极客时间《Java并发编程实战课》
🧪 工具	VS Code + Markdown 插件、Typora、Draw.io（画图）

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✅ 总结一句话

线程和进程是操作系统和并发编程的核心基础，掌握它们的概念、状态、调度、协作机制，是你写出高性能、稳定、安全程序的关键。