wen 并发编程笔记
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
两者对比
- 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
并发与并行
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
| cpu | 时间片1 | 时间片2 | 时间片3 |
|---|---|---|---|
| core | 线程1 | 线程2 | 线程3 |
多核 cpu下，每个 核（core）都可以调度运行线程，这时候线程可以是并行的。
| cpu | 时间片1 | 时间片2 | 时间片3 |
|---|---|---|---|
| core | 线程1 | 线程2 | 线程3 |
| core | 线程2 | 线程3 | 线程1 |
- 并发（concurrent）是同一时间应对（dealing with）多件事情的能力
- 并行（parallel）是同一时间动手做（doing）多件事情的能力
同步和异步
以调用方角度来讲，如果需要等待结果返回，才能继续运行就是同步，不需要等待结果返回，就能继续运行就是异步
多核cpu才能够提高效率，单核仍然是轮流执行，还多了线程切换的时间
- 单核 cpu 下，多线程不能实际提高程序运行效率，只是为了能够在不同的任务之间切换，不同线程轮流使用cpu ，不至于一个线程总占用 cpu，别的线程没法干活
- 多核 cpu 可以并行跑多个线程，但能否提高程序运行效率还是要分情况的，有些任务，经过精心设计，将任务拆分，并行执行，当然可以提高程序的运行效率。但不是所有计算任务都能拆分（参考后文的【阿姆达尔定律】）也不是所有任务都需要拆分，任务的目的如果不同，谈拆分和效率没啥意义
- IO 操作不占用 cpu，只是我们一般拷贝文件使用的是【阻塞 IO】，这时相当于线程虽然不用 cpu，但需要一直等待 IO 结束，没能充分利用线程。所以才有后面的【非阻塞 IO】和【异步 IO】优化
Java线程
本章内容
- 创建和运行线程
- 查看线程
- 线程 API
- 线程状态
创建核运行线程
// 最常规的方式，不推荐
new Thread("thread1"){
@Override
public void run() {
System.out.println("我是另外一个线程");
}
}.start();
System.out.println("你好啊啊哈哈哈Z");
TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
System.out.println("啊哈哈哈");
//线程和任务分开，更加灵活
Runnable runable = ()->log.info("我是b线程");
new Thread(runable,"t2").start();
log.info("我是主线程");
FutureTask<String> futureTask = new FutureTask<>(()->{
log.info("我是另外一个线程");
TimeUnit.SECONDS.sleep(3);
return "啊哈哈哈";
});
new Thread(futureTask,"t1").start();
log.info("我是主线程");
// 间接实现了future接口，所以可以
log.info(futureTask.get());
线程上下文切换
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
切换的原因
- 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
相关方法解析
**run和start＊＊
- 直接调用 run 是在主线程中执行了 run，没有启动新的线程
- 使用 start 是启动新的线程，通过新的线程间接执行 run 中的代码
sleep和yield
- 调用 sleep 会让当前线程从 Running 进入 Timed Waiting 状态（阻塞），此时任务调度器不会分配时间片给该线程
- 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
- 睡眠结束后的线程未必会立刻得到执行
- 建议用 TimeUnit 的 sleep 代替 Thread 的 sleep 来获得更好的可读性
yield意思为礼让一下 - 调用 yield 会让当前线程从 Running 进入 Runnable 就绪状态，然后调度执行线程，此时任务调度器可以分配时间片给该线程
- 具体的实现依赖于操作系统的任务调度器
可以通过thread.setPriority(Thread.MAX_PRIORITY)设置线程优先级，在cpu繁忙的时候，设置了优先级会有更大的机会优先执行，空闲的时候没有什么作用
Runnable task1 = () -> {
int count = 0;
for (; ; ) {
System.out.println("---->1 " + count++);
}
};
Runnable task2 = () -> {
int count = 0;
for (; ; ) {
// Thread.yield();
System.out.println(" ---->2 " + count++);
}
};
Thread t1 = new Thread(task1, "t1");
Thread t2 = new Thread(task2, "t2");
// t1.setPriority(Thread.MIN_PRIORITY);
// t2.setPriority(Thread.MAX_PRIORITY);
t1.start();
t2.start();
sleep可以避免cpu空转导致cpu被占满
