Java多线程机制

一个正在运行的程序对于操作系统而言称为进程。

程序和进程的关系可以理解为，程序是一段静态的代码，是应用程序执行的蓝本，而进程是指一个正在内存中运行的程序，并且有独立的地址空间。

线程和进程一样拥有独立的执行路径，二者的区别在于，线程存在于进程中，拥有独立的执行堆栈和程序计数器，但没有独立的存储空间。一个线程会和所属进程中的其他线程共享存储空间。

传统的程序，一个进程里只有一个线程，所以也称为单线程程序，而多线程程序是一个进程里拥有多个线程，两者间的结构区别如下图所示：

进程和线程：

进程：程序的一次动态执行

特点：系统程序运行的基本单位，进程拥有自己独立的内存空间以及一组系统资源，每个进程的内部数据和状态完全独立。

线程：程序中执行的最小单位，可以独立的完成一个顺序的流程控制，每个程序最少包含一个线程（主线程）作为程序的入口点。如果一个进程中同时运行了多个线程来完成某个程序，称为多线程。

宏观并行，微观串行

声明线程：

1.继承THread类 重写run();

2.实现Runnable接口

在操作系统中，使用进程是为了使多个程序能并发执行，以提高资源的利用率和系统吞吐量。在操作系统中再引入线程，则是为了减少系统开销，使计算机操作系统具有更好的并发性。

操作系统在操作进程时，付出的系统开销是比较大的。例如创建进程，系统在创建一个进程时，必须为它分配其所必需的资源（CPU 资源除外），如内存空间、I/O 设备以及建立相应的进程控制块。再如撤销进程，系统在撤销进程时又必须先对其所占用的资源执行回收操作，然后撤销进程控制块。如果要进行进程间切换，就要保留当前进程的进程控制块环境和设置新选中的进程的 CPU 环境。

也就是说，由于进程是一个资源的拥有者，因而在创建、撤销和切换中，系统必须为之付出较大的系统开销。所以，系统中的进程数目不宜过多，进程切换的频率也不宜过高，这也就限制了系统并发性的进一步提高。

进程是资源分配的基本单位，所有与该进程有关的资源，如打印机，输入的缓冲队列等都被记录在进程控制块中，以表示该进程拥有这些资源或正在使用它们。与进程相对应，线程是进程内一个相对独立的、可调度的执行单元。线程属于某一个进程，并与进程内的其他线程一起共享进程的资源。

线程是操作系统中的基本调度单元，所以每个进程在创建时，至少需要同时为该进程创建一个线程，线程也可以创建其他线程。

线程的三大优势

系统开销小

创建和撤销线程的系统开销，以及多个线程之间的切换，都比使用进程进行相同操作要小的多。

方便通信和资源共享

如果是在进程之间通信，往往要求系统内核的参与，以提供通信机制和保护机制。而线程间通信在同一进程的地址空间内，共享主存和文件，操作简单，无须系统内核参与。

简化程序结构

用户在实现多任务的程序时，采用多线程机制实现，程序结构清晰，独立性强。

线程的三个状态

线程是相对独立的、可调度的执行单元，因此在线程的运行过程中，会分别处于不同的状态。通常而言，线程主要有下列几种状态。

1. 就绪状态：线程已经具备运行的条件，等待调度程序分配 CPU 资源给这个线程运行。
2. 运行状态：调度程序分配 CPU 资源给该线程，该线程正在执行。
3. 阻塞状态：线程正等待除了 CPU 资源以外的某个条件符合或某个事件发生。

下图是线程的状态转换图，通过该图，会给大家介绍线程的执行过程和状态转换。

五种操作

对线程的基本操作主要有以下五种，通过这五种操作，使线程在各个状态之间转换。

• 派生：线程属于进程的一部分，因此可以由进程派生出线程，但也可以由线程自身派生。在 Java 中，可以创建一个线程并通过调用该线程的 start()方法使该线程进入就绪状态。
• 调度：调度程序分配 CPU 资源给就绪状态的线程，使线程获得 CPU 资源进行运行，即执行 Java 线程类中 run() 方法里的内容。
• 阻塞：当线程缺少除了 CPU 资源以外的某个条件符合或某个事件时，就会进入阻塞状态。阻塞时，寄存器上下文、程序计数器以及堆栈指针都会得到保存。
• 激活：在阻塞状态下的线程，如果需要等待的条件符合或事件发生，则该线程被激活并进入就绪状态。
• 结束：在运行状态的线程，线程执行结束，它的寄存器上下文以及堆栈内容等将被释放。

守护线程

守护线程是为其他线程的运行提供便利的线程。Java 的垃圾收集机制的某些实现就使用了守护线程。

程序可以包含守护线程和非守护线程，当程序只有守护线程时，该程序才能真正结束运行。

如果要使一个线程成为守护线程，则必须在调用它的 start() 方法之前，调用线程的 setDaemon(true) 方法。并且可以使用 isDaemon() 方法的返回值（ true 或 false ）判断一个线程是否为守护线程。