Java 多线程
多线程理论基础
提示
本文用于理解学习多线程的理论基础以及代码实现
带着BAT大厂的面试问题去理解
- 描述进程和线程的区别
- 如何理解并发和并行的区别
- 多线程的出现是要解决什么问题？
- 线程不安全是指什么？举例说明
- 实现线程安全有哪些方法？
进程的发明
最初的计算机只能执行一些特定的指令，用户输入一个指令，计算机做出一个操作，显然计算机大部分时间都在等待用户的指令，效率低下。
批处理操作系统：用户将一系列指令写下来，形成一个清单，然后交给计算机去读取并依次执行指令，这样批处理系统就出现了
多任务操作系统：虽然批处理系统的诞生提高了电脑的处理效率，但是一个操作执行完，才能执行另一个操作，当一个操作需要大量的IO操作，cpu 只能等待IO操作完成才能执行其他操作，很浪费 cpu 的资源。于是人们发明了进程，每个进程对应一定的内存空间，且只能使用自己内存，每个进程之间互不干扰。同时进程也保存了程序的运行状态，当程序暂停时，在下一次切换会根据暂停时保存的状态来恢复，并接着执行。
可以说 进程的出现提高了 cpu 的利用率
并发和并行的概念
并发是能够让操作系统从宏观上看起来同一时间段执行多个任务。 换句话说，进程让操作体统的并发成
为了可能，至此出现多任务操作系统。
虽然并发从宏观上看有多个任务在执行，但在事实上，对于单核CPU来说，任意具体时刻都只有一个任
务在占用CPU资源。
操作系统一般通过CPU时间片轮转实现并发
- 并发：在一段时间内多个进程轮流使用 cpu，多个进程形成并发
- 并行：在同一时刻多个进程使用各自的 cpu ，多个进程形成并行，并行需要多个 cpu 支持
线程的出现
出现进程后，计算机性能 cpu 得到了巨大的提升，但是人们对实时性有了要求，因为一个进程在一个时间段内只能做一个事情，如果一个进程有多个子任务时，只能逐个得执行这些子任务，很影响效率。
e.g：当手机在获取网络图片时，此时用户点击了相机，因为 cpu 正在渲染图片，不能响应点击相机的操作，就出现了卡顿现象
所以人们为了解决实时性，发明了 线程，让一个线程执行一个子任务，这样一个进程就包含了多个线程；当用户点击相机时，暂停渲染图片，响应相机操作，响应完成再切换，就满足了对实时性的要求。
进程让操作系统的并发性成为了可能，而线程让进程的内部并发成为了可能
提示
注意：一个进程包含多个线程，但是这些线程共享进程占有的内存地址空间和资源。进程是操作系统进
行资源分配的基本单位（进程之间互不干扰），而线程是操作系统进行CPU调度的基本单位（线程间互
相切换）
进程和线程的区别
根本区别：进程是操作系统资源分配的基本单位，而线程是CPU调度和执行的基本单位
- 开销：进程有独立的内存空间，程序之间切换开销比较大；线程可以看出是轻量级的进程，共享进程的资源，每个线程都有自己独立的栈空间，切换开销小
- 内存分配方面：系统在运行的时候会为每个进程分配不同的内存空间；而对线程而言，除了CPU外，系
统不会为线程分配内存（线程所使用的资源来自其所属进程的资源），线程组之间只能共享资源 - 包含关系：线程是进程的子集，一个进程可以有很多线程，每条线程并行执行不同的任务
线程不安全实例
模拟买票过程，共有 5 张票，多线程模拟卖票的过程，以下代码模拟买票过程，操作结束后输出的数据错乱，有可能出现 票数为负数的结果
public class TicketRunnable implements Runnable {
private int count = 5;
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 10; i++) {
if (count > 0) {
count--;
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "=> " + count);
}
}
}
}
模拟买票
public class TicketRunnableExample {
public static void main(String[] args) {
TicketRunnable tr = new TicketRunnable();
Thread th1 = new Thread(tr);
Thread th2 = new Thread(tr);
Thread th3 = new Thread(tr);
th1.start();
th2.start();
th3.start();
// 输出：
// Thread-0=> 4
// Thread-0=> 1
// Thread-0=> 0
// Thread-2=> 2
// Thread-1=> 3
}
}
实现线程安全
1. 互斥同步
- synchronized： Java的关键字，同步机制由 Jvm 维护
- ReentrantLock： Java 并发包中的互斥锁
如需要进一步了解线程互斥同步可以看：