Java并发编程 -- 一、进程和线程
2021/11/2 7:12:51
本文主要是介绍Java并发编程 -- 一、进程和线程,对大家解决编程问题具有一定的参考价值,需要的程序猿们随着小编来一起学习吧!
一、进程与线程
1.进程与线程
1.1 进程
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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。
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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。
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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)
1.2 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
1.3 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
2. 并行与并发
2.1 并发
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, concurrent
2.2 并行
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。
引用 Rob Pike 的一段描述:
- 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
例子
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家庭主妇做饭、打扫卫生、给孩子喂奶,她一个人轮流交替做这多件事,这时就是并发
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家庭主妇雇了个保姆,她们一起这些事,这时既有并发,也有并行(这时会产生竞争,例如锅只有一口,一个人用锅时,另一个人就得等待)
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雇了3个保姆,一个专做饭、一个专打扫卫生、一个专喂奶,互不干扰,这时是并行
3. 应用
3.1 同步调用
@Slf4j(topic = "c.Sync") public class Sync { public static void main(String[] args) throws InterruptedException { log.debug("start sleep"); TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(2000); log.debug("end sleep"); log.debug("do other thing"); } }
3.2 异步调用
@Slf4j(topic = "c.Async") public class Async { public static void main(String[] args){ new Thread(() -> { log.debug("start sleep"); try { TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(2000); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } log.debug("end sleep"); }).start(); log.debug("do other thing"); } }
可以发现。执行睡眠操作时的线程名称已经改变了,而且操作的顺序已经发生了改变。
3.3 异步调用的案例
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
设计
多线程可以让方法执行变为异步的(即不要巴巴干等着)比如说读取磁盘文件时,假设读取操作花费了 5 秒钟,如果没有线程调度机制,这 5 秒 cpu 什么都做不了,其它代码都得暂停…
结论
- 比如在项目中,视频文件需要转换格式等操作比较费时,这时开一个新线程处理视频转换,避免阻塞主线程
- tomcat 的异步 servlet 也是类似的目的,让用户线程处理耗时较长的操作,避免阻塞 tomcat 的工作线程
- ui 程序中,开线程进行其他操作,避免阻塞 ui 线程
案例
计算 1 花费 10 ms
计算 2 花费 11 ms
计算 3 花费 9 ms
汇总需要 1 ms
- 如果是串行执行,那么总共花费的时间是 10 + 11 + 9 + 1 = 31ms
- 但如果是四核 cpu,各个核心分别使用线程 1 执行计算 1,线程 2 执行计算 2,线程 3 执行计算 3,那么 3 线程是并行的,花费时间只取决于最长的那个线程运行的时间,即 11ms 最后加上汇总时间只会花费 12ms
注意:需要在多核 cpu 才能提高效率,单核仍然时是轮流执行
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