Java多線程開發系列之一：走進多線程

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對程式設計語言的基礎知識：分支、選擇、迴圈、物件導向等基本概念後，我們需要對java進階編程有一定的學習，這裡不可避免的要接觸到多線程開發。

由於多線程開發整體的系統比較大，我會寫一個系列的文章總結介紹 多線程開發的概念、使用、線程狀態、同步、線程池。希望與大家共勉。

 

在第一部分，也就是本節我們先介紹下 什麼是多線程程式、線程和進程又是什麼，以及為什麼要搞多線程。

（一）什麼是多線程程式

多線程聽上去是非常專業的概念，其實非常簡單，我們在日常生活中，經常的接觸到多線程。

比如

（1）在工廠，工人努力工作，分工明確。一些工人準備生產資料（混凝土、鋼筋、磚頭），另外一些工人挖掘地基，還有些工人負責平常無聊的看管，後勤的保障（有點像守護進程，這個後面會專門講到）。他們總體來說就是把一件事分成若干的工作，然後派不同的人去做，最後使工作得到完善的解決。（一個工人算一條線程）

（2）一個學生完成晚上寫的作業，有語、數、外的作業。這名學生寫了一半的語文作業後，有一道題不會做，先去完成數學作業，接著再完成英語作業，最後等到家長回來完成語文作業。（一門作業算一條線程）

主要是有這兩種情況的多線程，

一種是上邊有多個工人（多處理器），各個工人間的工作影響不大，不會因為其中一個工人的努力工作，而導致另外一個工作停歇。

另外一種就是下邊的寫作業形式（單一處理器，只有一個人在做作業），雖然我們有多個作業需要在今天晚上完成（執行），但是某一個時刻我們只能做一件事，當遇到某種情況（例如不會做、或者心情不好）我們隨意的切換到其他的科目，然後開始其他的工作，因為某些原因（如有人可以出現輔導），那麼我們又可以切換回來，繼續做一開始未完成的事情，直到所有的事情都解決完為止。這裡要區分一下：寫作業的例子看著有點像單線程模式的例子，實則不然，單線程只能按照某種既定的順序，順序完成事情，比如語文->外語->數學。遇到困難時（不會做），並不能因為某種原因，而隨意的切換，只能苦苦等待。而多線程則可根據環境動態轉換，如他們之間的順序如語文->外語->數學->語文->外語->外語->數學 這樣。

這種一次做多件事的情況就是多線程（包含短時間內快速的切換，形成一次做多件事的感覺），下面介紹進程和線程，從電腦的角度來談談編程中多線程的概念。

（二）線程和進程又是什麼

進程： 對於一個OS，如果有一個程式在記憶體中開始運行，我們就可以說這個啟動並執行程式就是一個進程。這個進程擁有自己獨立的功能，並且是OS調度和分配資源的一個獨立單位。

 對於進程有三個特點

（1）獨立性：進程是系統中獨立存在的一個實體，擁有自己的資源的，沒有自身的允許的話，其他使用者進程是不能訪問他內部的。

（2）動態性：進程是有生命週期的，他是在OS中活動的一個指令集合。而程式只是一個靜態指令集合。

（3）並發性：在只有一個處理器時，多個進程間也可以並發執行，互相併不影響。（進程間相互輪換執行，如同同時進行一般）

線程：線程是進程執行單元，也可以說是一個輕量級的進程。就像OS中進程是獨立的一樣，進程中的各個線程也是獨立的。每個線程都有自己獨立的堆棧及其他資源。互相併不受影響。而進程（這些線程的擁有者）的所有系統資源，被它包含的所有線程所共有分享。

      線程也是獨立的，他並不知道當前進程中其他線程的存在，而當前線程是否被執行，則與進程類似，是搶佔式的。當前進程搶到了OS的執行權，而進程中的某一條線程又搶到了，當前可執行檔權利（其他線程和進程被掛起）。

多線程就是一個進程中，可以有多個並發執行的獨立的任務，每一個任務可以說就是一個線程。

他們的關係：

一個OS下邊可以有若干的進程（但是至少要有一個進程）。

每一個進程下邊又有若干的線程（至少要有一條線程）。

（三）為什麼要搞多線程呢？

最最最核心的原因就是：提高工作效率，不要出現閑時等待，各個線程搶佔式的工作。試想下，如果我們遇到什麼問題，是應該一直苦苦等待（是什麼都不做的等待）下去效能高呢，還是快速的切換到其他工作上去，我想在大部分的情況下都是快速搶佔吧。（有時可能會出現，你剛剛切換，原來苦苦等待的事情剛剛結束。。。。這種碰巧的情況），舉個實際點的例子，當我們查詢某一個資料時，這個資料可能非常大，我們需要等待好久才能在頁面上載入下來，此時倘若單線程苦苦等待時，我們的程式就是被掛死了（試想下沒有響應的情境），直到過去了很久，頁面才被啟用，變成可用的狀態。這期間我們什麼事情也幹不了（對該程式），這時的情境效率很低下，而且非常不友好。

　　倘若有很好的多線程支援的話，那麼在載入資料、繪製圖片時，我們還可以隨意的切換程式，並不影響其他的操作，從而提高效能。於此同時，由於多線程共用父進程的其他所有資源，所以線程間可以很好的交流資料（資料共用和通訊），並且新開闢的線程（新開闢的任務），OS並不會為該進程分配大量的資源（相對於為新開闢任務而建立新進程而言）。

總結一下有如下幾個優點

1、線程間可以很好的共用記憶體資源，進程間是完全獨立記憶體的，所以不方便。（前文中提到線程間是相互獨立的，除非一進程允許，否則其他的進程是不允許直接存取它地址的）

2、系統建立新線程的開銷，新建立進程的開銷要小的多，因此可大大降低多並發的代價。

3、在編碼時，我們可以通過類庫和代碼很好的管理各個線程，而不是直接通過作業系統來指揮當前執行的進程。從而大大的方便了我們可以處理並發任務的執行。

 

Java多線程開發系列之一：走進多線程