java進程與線程

java進程與線程

進程和線程的區別：

　　進程：每個進程都有獨立的代碼和數據空間（進程上下文），進程間的切換會有較大的開銷，一個進程包含1--n個線程。

　　線程：同一類線程共享代碼和數據空間，每個線程有獨立的運行棧和程序計數器(PC)，線程切換開銷小。

　　線程和進程一樣分爲五個階段：創建、就緒、運行、阻塞、終止。

　　多進程是指操作系統能同時運行多個任務（程序）。

　　多線程是指在同一程序中有多個順序流在執行。

實現多線程

有兩種手段，一種是繼續Thread類，另外一種是實現Runable接口。

1.一個類繼承Thread，則不適合資源共享。

2.實現了Runable接口，則容易的實現資源共享

實現Runnable接口比繼承Thread類所具有的優勢：
1）：適合多個相同的程序代碼的線程去處理同一個資源
2）：可以避免java中的單繼承的限制
3）：增加程序的健壯性，代碼可以被多個線程共享，代碼和數據獨立

線程之間的轉換

1、新建狀態（New）：新創建了一個線程對象。
2、就緒狀態（Runnable）：線程對象創建後，其他線程調用了該對象的start()方法。該狀態的線程位於可運行線程池中，變得可運行，等待獲取CPU的使用權。
3、運行狀態（Running）：就緒狀態的線程獲取了CPU，執行程序代碼。
4、阻塞狀態（Blocked）：阻塞狀態是線程因爲某種原因放棄CPU使用權，暫時停止運行。直到線程進入就緒狀態，纔有機會轉到運行狀態。阻塞的情況分三種：
（一）、等待阻塞：運行的線程執行wait()方法，JVM會把該線程放入等待池中。
（二）、同步阻塞：運行的線程在獲取對象的同步鎖時，若該同步鎖被別的線程佔用，則JVM會把該線程放入鎖池中。
（三）、其他阻塞：運行的線程執行sleep()或join()方法，或者發出了I/O請求時，JVM會把該線程置爲阻塞狀態。當sleep()狀態超時、join()等待線程終止或者超時、或者I/O處理完畢時，線程重新轉入就緒狀態。
5、死亡狀態（Dead）：線程執行完了或者因異常退出了run()方法，該線程結束生命週期。

線程的調度

1、調整線程優先級：Java線程有優先級，優先級高的線程會獲得較多的運行機會。
 
Java線程的優先級用整數表示，取值範圍是1~10，Thread類有以下三個靜態常量：
static int MAX_PRIORITY
          線程可以具有的最高優先級，取值爲10。
static int MIN_PRIORITY
          線程可以具有的最低優先級，取值爲1。
static int NORM_PRIORITY
          分配給線程的默認優先級，取值爲5。
 
Thread類的setPriority()和getPriority()方法分別用來設置和獲取線程的優先級。
 
每個線程都有默認的優先級。主線程的默認優先級爲Thread.NORM_PRIORITY。
線程的優先級有繼承關係，比如A線程中創建了B線程，那麼B將和A具有相同的優先級。
JVM提供了10個線程優先級，但與常見的操作系統都不能很好的映射。如果希望程序能移植到各個操作系統中，應該僅僅使用Thread類有以下三個靜態常量作爲優先級，這樣能保證同樣的優先級採用了同樣的調度方式。
 
2、線程睡眠：Thread.sleep(long millis)方法，使線程轉到阻塞狀態。millis參數設定睡眠的時間，以毫秒爲單位。當睡眠結束後，就轉爲就緒（Runnable）狀態。sleep()平臺移植性好。
 
3、線程等待：Object類中的wait()方法，導致當前的線程等待，直到其他線程調用此對象的 notify() 方法或 notifyAll() 喚醒方法。這個兩個喚醒方法也是Object類中的方法，行爲等價於調用 wait(0) 一樣。
 
4、線程讓步：Thread.yield() 方法，暫停當前正在執行的線程對象，把執行機會讓給相同或者更高優先級的線程。
 
5、線程加入：join()方法，等待其他線程終止。在當前線程中調用另一個線程的join()方法，則當前線程轉入阻塞狀態，直到另一個進程運行結束，當前線程再由阻塞轉爲就緒狀態。
 
6、線程喚醒：Object類中的notify()方法，喚醒在此對象監視器上等待的單個線程。如果所有線程都在此對象上等待，則會選擇喚醒其中一個線程。選擇是任意性的，並在對實現做出決定時發生。線程通過調用其中一個 wait 方法，在對象的監視器上等待。 直到當前的線程放棄此對象上的鎖定，才能繼續執行被喚醒的線程。被喚醒的線程將以常規方式與在該對象上主動同步的其他所有線程進行競爭；例如，喚醒的線程在作爲鎖定此對象的下一個線程方面沒有可靠的特權或劣勢。類似的方法還有一個notifyAll()，喚醒在此對象監視器上等待的所有線程。

常用函數說明

①sleep(long millis): 在指定的毫秒數內讓當前正在執行的線程休眠（暫停執行）

②join():指等待t線程終止。
使用方式。
join是Thread類的一個方法，啓動線程後直接調用，即join()的作用是：“等待該線程終止”，這裏需要理解的就是該線程是指的主線程等待子線程的終止。也就是在子線程調用了join()方法後面的代碼，只有等到子線程結束了才能執行。

Thread t = new AThread(); t.start(); t.join();

③yield():暫停當前正在執行的線程對象，並執行其他線程。
        Thread.yield()方法作用是：暫停當前正在執行的線程對象，並執行其他線程。
         yield()應該做的是讓當前運行線程回到可運行狀態，以允許具有相同優先級的其他線程獲得運行機會。因此，使用yield()的目的是讓相同優先級的線程之間能適當的輪轉執行。但是，實際中無法保證yield()達到讓步目的，因爲讓步的線程還有可能被線程調度程序再次選中。

sleep()和yield()的區別
        sleep()和yield()的區別):sleep()使當前線程進入停滯狀態，所以執行sleep()的線程在指定的時間內肯定不會被執行；yield()只是使當前線程重新回到可執行狀態，所以執行yield()的線程有可能在進入到可執行狀態後馬上又被執行。
        sleep 方法使當前運行中的線程睡眼一段時間，進入不可運行狀態，這段時間的長短是由程序設定的，yield 方法使當前線程讓出 CPU 佔有權，但讓出的時間是不可設定的。實際上，yield()方法對應瞭如下操作：先檢測當前是否有相同優先級的線程處於同可運行狀態，如有，則把 CPU  的佔有權交給此線程，否則，繼續運行原來的線程。所以yield()方法稱爲“退讓”，它把運行機會讓給了同等優先級的其他線程
       另外，sleep 方法允許較低優先級的線程獲得運行機會，但 yield()  方法執行時，當前線程仍處在可運行狀態，所以，不可能讓出較低優先級的線程些時獲得 CPU 佔有權。在一個運行系統中，如果較高優先級的線程沒有調用 sleep 方法，又沒有受到 I\O 阻塞，那麼，較低優先級線程只能等待所有較高優先級的線程運行結束，纔有機會運行。 
④setPriority(): 更改線程的優先級。
　　　　MIN_PRIORITY = 1
  　　   NORM_PRIORITY = 5
           MAX_PRIORITY = 10

用法：

Thread4 t1 = new Thread4("t1");
Thread4 t2 = new Thread4("t2");
t1.setPriority(Thread.MAX_PRIORITY);
t2.setPriority(Thread.MIN_PRIORITY);

⑤interrupt():中斷某個線程，這種結束方式比較粗暴，如果t線程打開了某個資源還沒來得及關閉也就是run方法還沒有執行完就強制結束線程，會導致資源無法關閉
　　要想結束進程最好的辦法就是用sleep()函數的例子程序裏那樣，在線程類裏面用以個boolean型變量來控制run()方法什麼時候結束，run()方法一結束，該線程也就結束了。

⑥wait()

Obj.wait()，與Obj.notify()必須要與synchronized(Obj)一起使用，也就是wait,與notify是針對已經獲取了Obj鎖進行操作，從語法角度來說就是Obj.wait(),Obj.notify必須在synchronized(Obj){...}語句塊內。從功能上來說wait就是說線程在獲取對象鎖後，主動釋放對象鎖，同時本線程休眠。直到有其它線程調用對象的notify()喚醒該線程，才能繼續獲取對象鎖，並繼續執行。相應的notify()就是對對象鎖的喚醒操作。但有一點需要注意的是notify()調用後，並不是馬上就釋放對象鎖的，而是在相應的synchronized(){}語句塊執行結束，自動釋放鎖後，JVM會在wait()對象鎖的線程中隨機選取一線程，賦予其對象鎖，喚醒線程，繼續執行。這樣就提供了在線程間同步、喚醒的操作。Thread.sleep()與Object.wait()二者都可以暫停當前線程，釋放CPU控制權，主要的區別在於Object.wait()在釋放CPU同時，釋放了對象鎖的控制。

wait和sleep區別

共同點： 

1. 他們都是在多線程的環境下，都可以在程序的調用處阻塞指定的毫秒數，並返回。 
2. wait()和sleep()都可以通過interrupt()方法 打斷線程的暫停狀態 ，從而使線程立刻拋出InterruptedException。 
   如果線程A希望立即結束線程B，則可以對線程B對應的Thread實例調用interrupt方法。如果此刻線程B正在wait/sleep /join，則線程B會立刻拋出InterruptedException，在catch() {} 中直接return即可安全地結束線程。 
   需要注意的是，InterruptedException是線程自己從內部拋出的，並不是interrupt()方法拋出的。對某一線程調用 interrupt()時，如果該線程正在執行普通的代碼，那麼該線程根本就不會拋出InterruptedException。但是，一旦該線程進入到 wait()/sleep()/join()後，就會立刻拋出InterruptedException 。 

不同點： 

1. Thread類的方法：sleep(),yield()等 
   Object的方法：wait()和notify()等 
2. 每個對象都有一個鎖來控制同步訪問。Synchronized關鍵字可以和對象的鎖交互，來實現線程的同步。 
   sleep方法沒有釋放鎖，而wait方法釋放了鎖，使得其他線程可以使用同步控制塊或者方法。 
3. wait，notify和notifyAll只能在同步控制方法或者同步控制塊裏面使用，而sleep可以在任何地方使用 
4. sleep必須捕獲異常，而wait，notify和notifyAll不需要捕獲異常
所以sleep()和wait()方法的最大區別是：
　　　　sleep()睡眠時，保持對象鎖，仍然佔有該鎖；
　　　　而wait()睡眠時，釋放對象鎖。
　　但是wait()和sleep()都可以通過interrupt()方法打斷線程的暫停狀態，從而使線程立刻拋出InterruptedException（但不建議使用該方法）。
sleep（）方法
sleep()使當前線程進入停滯狀態（阻塞當前線程），讓出CUP的使用、目的是不讓當前線程獨自霸佔該進程所獲的CPU資源，以留一定時間給其他線程執行的機會;
　　 sleep()是Thread類的Static(靜態)的方法；因此他不能改變對象的機鎖，所以當在一個Synchronized塊中調用Sleep()方法是，線程雖然休眠了，但是對象的機鎖並木有被釋放，其他線程無法訪問這個對象（即使睡着也持有對象鎖）。
　　在sleep()休眠時間期滿後，該線程不一定會立即執行，這是因爲其它線程可能正在運行而且沒有被調度爲放棄執行，除非此線程具有更高的優先級。 
wait（）方法
wait()方法是Object類裏的方法；當一個線程執行到wait()方法時，它就進入到一個和該對象相關的等待池中，同時失去（釋放）了對象的機鎖（暫時失去機鎖，wait(long timeout)超時時間到後還需要返還對象鎖）；其他線程可以訪問；
　　wait()使用notify或者notifyAlll或者指定睡眠時間來喚醒當前等待池中的線程。
　　wiat()必須放在synchronized block中，否則會在program runtime時扔出”java.lang.IllegalMonitorStateException“異常。

常見線程名詞解釋

主線程：JVM調用程序main()所產生的線程。
當前線程：這個是容易混淆的概念。一般指通過Thread.currentThread()來獲取的進程。
後臺線程：指爲其他線程提供服務的線程，也稱爲守護線程。JVM的垃圾回收線程就是一個後臺線程。用戶線程和守護線程的區別在於，是否等待主線程依賴於主線程結束而結束
前臺線程：是指接受後臺線程服務的線程，其實前臺後臺線程是聯繫在一起，就像傀儡和幕後操縱者一樣的關係。傀儡是前臺線程、幕後操縱者是後臺線程。由前臺線程創建的線程默認也是前臺線程。可以通過isDaemon()和setDaemon()方法來判斷和設置一個線程是否爲後臺線程。

線程類的一些常用方法： 

　　sleep(): 強迫一個線程睡眠Ｎ毫秒。 
　　isAlive(): 判斷一個線程是否存活。 
　　join(): 等待線程終止。 
　　activeCount(): 程序中活躍的線程數。 
　　enumerate(): 枚舉程序中的線程。 
    currentThread(): 得到當前線程。 
　　isDaemon(): 一個線程是否爲守護線程。 
　　setDaemon(): 設置一個線程爲守護線程。(用戶線程和守護線程的區別在於，是否等待主線程依賴於主線程結束而結束) 
　　setName(): 爲線程設置一個名稱。 
　　wait(): 強迫一個線程等待。 
　　notify(): 通知一個線程繼續運行。 
　　setPriority(): 設置一個線程的優先級。

java的4種線程池

Java通過Executors提供四種線程池，分別爲：
1.newCachedThreadPool創建一個可緩存線程池，如果線程池長度超過處理需要，可靈活回收空閒線程，若無可回收，則新建線程。
2.newFixedThreadPool 創建一個定長線程池，可控制線程最大併發數，超出的線程會在隊列中等待。
3.newScheduledThreadPool 創建一個定長線程池，支持定時及週期性任務執行。
4.newSingleThreadExecutor 創建一個單線程化的線程池，它只會用唯一的工作線程來執行任務，保證所有任務按照指定順序(FIFO, LIFO, 優先級)執行。

(1) newCachedThreadPool
創建一個可緩存線程池，如果線程池長度超過處理需要，可靈活回收空閒線程，若無可回收，則新建線程。示例代碼如下：

package test;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
public class ThreadPoolExecutorTest {
 public static void main(String[] args) {
  ExecutorService cachedThreadPool = Executors.newCachedThreadPool();
  for (int i = 0; i < 10; i++) {
   final int index = i;
   try {
    Thread.sleep(index * 1000);
   } catch (InterruptedException e) {
    e.printStackTrace();
   }
   cachedThreadPool.execute(new Runnable() {
    public void run() {
     System.out.println(index);
    }
   });
  }
 }
}

線程池爲無限大，當執行第二個任務時第一個任務已經完成，會複用執行第一個任務的線程，而不用每次新建線程。

(2) newFixedThreadPool
創建一個定長線程池，可控制線程最大併發數，超出的線程會在隊列中等待。示例代碼如下：

package test;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
public class ThreadPoolExecutorTest {
 public static void main(String[] args) {
  ExecutorService fixedThreadPool = Executors.newFixedThreadPool(3);
  for (int i = 0; i < 10; i++) {
   final int index = i;
   fixedThreadPool.execute(new Runnable() {
    public void run() {
     try {
      System.out.println(index);
      Thread.sleep(2000);
     } catch (InterruptedException e) {
      e.printStackTrace();
     }
    }
   });
  }
 }
}

因爲線程池大小爲3，每個任務輸出index後sleep 2秒，所以每兩秒打印3個數字。
定長線程池的大小最好根據系統資源進行設置。如Runtime.getRuntime().availableProcessors()

(3)  newScheduledThreadPool
創建一個定長線程池，支持定時及週期性任務執行。延遲執行示例代碼如下：

package test;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.ScheduledExecutorService;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
public class ThreadPoolExecutorTest {
 public static void main(String[] args) {
  ScheduledExecutorService scheduledThreadPool = Executors.newScheduledThreadPool(5);
  scheduledThreadPool.schedule(new Runnable() {
   public void run() {
    System.out.println("delay 3 seconds");
   }
  }, 3, TimeUnit.SECONDS);
 }
}

表示延遲3秒執行。
定期執行示例代碼如下：

package test;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.ScheduledExecutorService;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
public class ThreadPoolExecutorTest {
 public static void main(String[] args) {
  ScheduledExecutorService scheduledThreadPool = Executors.newScheduledThreadPool(5);
  scheduledThreadPool.scheduleAtFixedRate(new Runnable() {
   public void run() {
    System.out.println("delay 1 seconds, and excute every 3 seconds");
   }
  }, 1, 3, TimeUnit.SECONDS);
 }
}

表示延遲1秒後每3秒執行一次。

 

(4) newSingleThreadExecutor
創建一個單線程化的線程池，它只會用唯一的工作線程來執行任務，保證所有任務按照指定順序(FIFO, LIFO, 優先級)執行。示例代碼如下：

package test;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
public class ThreadPoolExecutorTest {
 public static void main(String[] args) {
  ExecutorService singleThreadExecutor = Executors.newSingleThreadExecutor();
  for (int i = 0; i < 10; i++) {
   final int index = i;
   singleThreadExecutor.execute(new Runnable() {
    public void run() {
     try {
      System.out.println(index);
      Thread.sleep(2000);
     } catch (InterruptedException e) {
      e.printStackTrace();
     }
    }
   });
  }
 }
}

結果依次輸出，相當於順序執行各個任務。

你可以使用JDK自帶的監控工具來監控我們創建的線程數量，運行一個不終止的線程，創建指定量的線程，來觀察