Java多线程详解①（全程干货！！！）

这里是Themberfue

今天，我们将正式进入多线程章节的讲解，希望我的讲解能够让你理解😎

进程

在进入多线程的讲解中，我们先引入进程的概念及其解释

· 操作系统都是大家耳熟能详的名词，常见的操作系统主要有：Linux，Windows，MacOs，IOS，Android，Unix

· 操作系统是计算机中的一个重要软件，一个搞管理的软件：

1.管理各种硬件设备，通过驱动程序来管理各种硬件设备

2.给各种应用程序，提供一个相对稳定的工作环境

· 进程是操作系统中的一个非常重要的概念，一个运行起来的程序，就称为进程。

· 在现代计算机中，同时运行着数十个进程，甚至上百个都是不奇怪的，这就需要操作系统很好的管理这里进程，避免在进程在运行过程中发生不必要的意外。

· 这就需要借助数据结构来管理这些进程。

· 进程是操作系统中资源分配的基本单位

· 站在操作系统的角度上，是如何管理进程的？

1. 首先需要一个结构体，描述该进程的一个属性以及数据，也就是进程控制块（PCB）

2. 随后，需要将这些结构体通过某个数据结构组织起来，方便执行增删查改等操作，例如：Linux就是使用链表来组织这些结构体的。

· 那么一个进程控制块（PCB）中有哪些重要属性呢？

1. pid（进程id），作为唯一标识符指定该线程，进程的身份标识符

2. 内存指针，进程在运行的过程中依赖于内存资源，进程通过内存指针知道执行指令的位置在哪里。

3. 文件描述符表，在进程运行的时候，需要和硬盘的数据进行交互，硬盘上的数据，就是通过文件的形式存储的，在进程打开硬盘中的文件数据时，就会保存到文件描述符表中。

4. 进程状态，主要有 "就绪状态" 和 "阻塞状态" ，就绪状态表示此进程随时可以在CPU上执行，阻塞状态则是不适合到CPU上执行。

5. 进程优先级，同一时间在运行在CPU上运行的进程可能非常多，那么有些进程可能执行的指令多，在整个进程列表中，占据了更重要的位置，那么其的优先级就更高，比如在电脑上运行3A游戏时，这个游戏的进程的优先级一定时最高的。

6. 进程上下文，在进程执行的过程中，可能尚未执行完，被调度走了，那么回过头再度执行该进程时，就要根据该进程的上下文来定位到上次执行到哪里了。类似于游戏的存档读档。

7. 进程的记账信息，起到统计功能，统计每个进程都在CPU上运行了多久，如果发现某个进程很久没有吃到CPU资源了，那么就会倾斜一个资源给该进程。

· 在Windows系统，打开一个后缀为exe的文件，运行了一个程序，就是创建了一个进程。

· 在启动时，操作系统会把exe文件的指令和数据加载到内存中，后续在运行该程序时，就从内存读取指令和数据执行。

· 在Windows系统中可以通过查看任务管理器来进一步查看进程的相关信息，不过不会太详细，只会展示一个简单的PCB信息。

· 早期的操作系统，都是单任务操作系统，一个程序启动了，另一个程序就得结束

· 随着时代的发展，也就诞生了多任务操作系统，可以同时执行多个任务的操作系统，但是早期的CPU还都是单核的，一个核心该如何执行多个任务呢？这就使用了分时复用：把一个单位时间，分成很多份，第一份执行进程1 的指令，第二份执行进程2 的指令，以此类推，在切换过程，由于CPU执行指令的速度时很快的，人还未反应过来，指令就执行完了，也就达成了执行多任务的效果。

· 把一个CPU核心上，按照分时复用，执行多个进程的方式称为："并发执行"

· 把多个CPU核心上，同时执行多个进程的方式称为："并行执行"

· 在现代CPU运行这些进程时，并发执行和并行执行是同时存在的，也很少会把作区分，统一习惯性称为并发。

线程

· 聊完了进程，终于进入正题，也就是线程了。

· 服务器就好像一个餐馆，需要在同一时间处理多个客户的订单，所以引入多进程编程的方式，可以高效处理多个客户端发送请求的情况。

· 但随着时间的推移，互联网越来越普及，走进了千家万户，导致网民大幅增加，服务器所要接受的请求以及给出的响应也就愈来愈多。

· 进程是个很 "重" 的概念，服务器每接受一个请求，都要创建销毁一个进程来响应客户的请求。由于创建和销毁进程的开销都很大，频繁这样做导致服务器的处理效率也越来越低。

· 于是就引入了线程（Thread），轻量级线程，相比较于进程，线程的创建和销毁的开销远小得多。一定程度缓解了请求增多，服务器处理低效的问题

· 每个进程，都相当于要执行的一个任务，每个线程，也是一个要执行的任务（运行的一段代码指令）。每个进程中，都会包含一个或者多个线程。所以进程是包含线程的。

· 上诉红框框起来的可以看成是一个个线程，但Windows任务管理器看到的是并不是线程，它是看不到进程内部的线程的。

· 可以借助一些其他工具查看，例如：VS的调试工具，Windbg等等。

· 如上述所说，进程是操作系统资源分配的基本单位。进程内部管辖的多个线程之间，会共享该进程的内存资源，硬盘资源和网络带宽等等。

· 进程创建时，需要申请资源，销毁时，需要释放资源，这些都很消耗性能的事情。

· 但对于线程来说，只是第一个线程创建时（随着进程的创建而创建）申请资源，后续再次创建线程时，不再涉及到申请资源的操作，同理，只有最后一个线程销毁（随着进程的销毁而销毁）才释放资源。通过这样的的操作，大大缩小了性能的消耗。

· 进程与进程之间，所涉及到的资源是相互独立，互不打扰的。但是某个进程里的线程与线程之间就不是相互独立的，而是资源共享的，这样就难免会导致 "线程安全" 问题。

· 线程的在CPU的调度与进程在CPU的调度相差不大，线程是CPU上调度执行的基本单位。

· 线程在CPU上的调度是随机的。例如：一个进程中包含三个线程，那么可能是线程1先执行，或者线程2先执行，甚至线程3先执行。这三个线程可能在CPU的一个核心上执行，也可能是在三个核心上执行。这些线程的调度都是由操作系统的 "调度器" 的完成的，程序员无从干涉。

· 线程与进程一样，所记录的数据无非就是，调度相关，状态，优先级，记账信息，上下文。

多线程

现假设一个场景，有一个房子，房子的桌子上摆放着 100 只鸡，房间目前只有一个人，只能由他吃完这些鸡。

我们都知道，这样由一个人吃完，效率是非常低效的，也就是好比单进程开发，效率是远比多进程低的。

于是，我们引入第二个进程，也就是第二套房子，第二张桌子以及第二个人，将鸡对半两份，一人吃 50 份。

这样效率确实上去了，但是又是创建房子，又是创建桌子的，难免消耗过多的资源，不如直接叫第二个人来第一套房子，与第一个人一起吃，这样便大大缩小了资源的开销。

这里的人也就是一个线程，两个线程在一个进程里同时工作，效率也会大大加大，也不需要消耗过多的资源。

那么这时候就有人问了：那我多几个线程是不是更多，从理论上来说确实是的。

虽然提高线程的数目，能够提升效率，但也不是 “线性增长” 的。在线程达到一定数目时，就算线程再多，效率也不会又显著的增加了。

桌子的空间本来就那么大，人多了还挤来挤去，不能很好的管理，也就导致拖慢了效率。

线程的数目如果太多，线程的开销也会变得明显，因为调度开销从而拖慢程序的性能。