【JAVA】线程和进程

🏆今日学习目标：线程和进程
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⏰本期期数：第三期
🎉专栏系列：JAVA

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前言

多线程是提升程序性能非常重要的一种方式，也是Java 编程中的一项重要技术。在程序设计中，多线程就是指一个应用程序中有多条并发执行的线索，每条线索都被称作—个线程，它们会交替执行，彼此可以通信。

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一、进程与线程

1.进程

进程(process) 是计算机中程序的一次运行活动，是系统进行资源分配和调度的基本单位，是操作系统结构的基础。

虽然进程在程序执行时产生，但进程并不是程序。程序是“死”的，进程是“活”的。程序是指编译好的二进制文件，它存放在磁盘上,不占用系统资源，是具体的；而进程存在于内存中，占用系统资源，是抽象的。当一次程序执行结束时，进程随之消失,进程所用的资源被系统回收。

对计算机用户而言，计算机似乎能够同时执行多个进程，如听音乐、玩游戏、语音聊天等等，都能在同一台计算机上同时进行。但实际上，一个单核的 CPU 同一时刻只能处理一个进程，用户之所以认为同时会有多个进程在运行，是因为计算机系统采用了多道程序设计技术。

所谓多道程序设计，是指计算机允许多个相互独立的程序同时进人内存，在内存的管理控制之下，相互之间穿插运行。多道程序设计必须有硬件基础作为保障。

采用多道程序设计的系统，会将 CPU 的周期划分为长度相同的时间片，在每个 CPU时间片内只处理一个进程，也就是说，在多个时间片内，系统会让多个进程分时使用 CPU。假如现在内存中只有3个进程A、B、C，那么CPU 时间片的分配情况大致如下图。

虽然在同一个时问片中，CPU 只能处理一个进程，但 CPU 划分的时间片是非常微小的，且 CPU 运行速度极快(1 秘可执行约10亿条指令），因此，在宏观上并发执行多个程序、处理多个进程。

进程对 CPU 的使用权是由操作系统内核分配的，操作系统内核必须知道内存中有多少个进程，并且知道此时正在使用 CPU 的进程，这就要求内核必须能够区分进程，并可获取进程的相关属性。

2.线程

通过上述节的介绍可以知道，每个运行的程序都是一个进程，在一个进程中还可以有多个执行单元同时运行,这些执行单元可以看作程序执行的线程(thread)。每一个进程中都至少存在一个线程。例如，当一个Java 程序启动时，就会产生一个进程，该进程默认创建一个线程，这个线程会运行main()方法中的代码。

在程序中，代码都是按照调用顺序依次往下执行的，没有出现两段程序代码交替运行的效果，这样的程序称作单线程程序。如果希望程序中实现多段程序代码交替运行的效果，则需要创建多个线程，即多线程程序。所谓多线程是指一个进程在执行过程中可以产生多个线程，这些线程在运行时是相互独立的，它们可以并发执行。多线程程序的执行过程如图 。

图中的多条线程看起来是同时执行的;其实不然，图中多线程程序的执行过程它们和进程一样，也是由 CPU 轮流执行的，只不过 CPU 运行速度很快，因此给人同时执行的感觉。

二、线程的创建

Java 提供厂3种多线程的创建方式：

（1）继承 java.lang 包中的 Thread 类，重写 Thread 类的run()方法，在run()方法中实
现多线程代码。
（2）实现 java.lang.Runnable 接口，在run()方法中实现多线程代码。
（3）实现 java.util.concurrent.Callable 接口，重写 callO方法，并使用 Future 接口获取call()方法返回的结果。

2.1 继承Thread类创建多线程

Main类

public class Main {public static void main(String[] args) {MyThread1 myThread = new MyThread1();      //创建MyThread1类的实例对象myThread.run();                            //调用Mythread1类的run方法while (true){                             //死循环，输出信息System.out.println("main()方法在运行");}}
}

MyThread1类

public class MyThread1 {public void run(){while (true){                                        //死循环，输出信息System.out.println("MyThread类的run方法在运行");}}
}

运行结果如图：

从图中可以看出，程序一直打印“My Thread 类的run()方法在运行”，这是因为该程序是一个单线程程序。在第一幅图的代码调用 MyThread1 类的run()方法时，执行第 MyThread1 类代码定义的死循环，因此，MyThread 类的 printin 语句将一直执行,而main()方法中的 printin 语句无法得到执行。

如果希望两个while 循环中的println 语句能够并发执行，就需要实现多线程。为此Java 提供了线程类 Thread。通过继承 Thread 类，并重写 Thread 类中的run()方法，便可实现生线程。在Thread 类中提供了 start()方法用于启动新线程。新线程启动后，Java虚拟机会自动调用 run()方法；如果子类重写了run()方法，便会执行子类中的run()方法。

2.2 实现Runnable接口创建多线程

上面通过继承 Thread 类实现了多线程，但是这种方式有一定的局限性。因为Java 只支持单继承，一个类一旦继承了某个父类,就无法再继承 Thread 类。例如，Studert类继承了Person 类,那么Student 类就无法再通过继承 Thread 类创建线程。

为了克服这种弊端，Thread 类提供了另一个构造方法——Thread (Runnable target)，其中参数类型 Runnable 是一个接口，它具有一个run()方法。通过Thread(Runnabiletarget)构造方法创建线程对象时，只需为该方法传递一个实现了 Runnable 接口的对象，这样,创建的线程将实现 Runnable 接口中的run()方法作为运行代码，而不需要调用 Thread类中的run()方法。

下面通过案例演示如何通过实现 Runnable 接口的方式创建多线程，如图所示：

Main类

public class Main {public static void main(String[] args) {MyThread2 myThread2 = new MyThread2();  //创建MyThread2类的实例对象Thread thread = new Thread();    // 创建线程对象thread.start();             //开启线程，执行线程中的run()方法while (true){System.out.println("main()方法在运行");}}
}

MyThread2类

public class MyThread2 implements Runnable{public void run() {              //线程的代码段，当调用start()方法时，线程从此开始执行while (true){System.out.println("MyThread类的run()方法在运行");}}}

在代码中，代码定义的 MyThreado2 类实现了 Runnable 接口，并在中代码中重写了 Runnable 接口中的run()方法。在Main代码通过调用Thread类的构造方法将NyThread2类的实例对象作为参数传入。代码中调用 strar()方法开启新线程执行 MyThread2 关中的代码。而主线程继续执行 main()方法中的代码。

运行结果如图：

从图中可以看出来，main()和MyThread2类中的run()方法都被执行了，说明实现了多线程

2.3 实现Callable接口创建多线程

通过 Thread 类和 Runnable 接口实现多线程时，需要重写run()方法，但是由于run()f方法没有返回值，无法从新线程中获取返回结果。为了解决这个问题，Java 提供了Callable接口来满足这种既能创建新线程又有返回值的需求。

通过实现 Callable 接口的方式创建并启动线程的主要步骤如下：
（1）创建 Callable 接口的实现类，同时重写 Callable 接口的call()方法。
（2）创建 Callable 接口的实现类对象。
（3）通过线程结果处理类 FutureTask 的有参构造方法封装 Callable 接口的实现类
对象。
（4）调用参数为 FutureTask 类对象的有参构造方法 Thread() 创建 Tbread 线程实例。
（5）调用线程实例的 start()方法启动线程。
下面通过一个案列演示如何通过买现 Callable 接口的方式来实现多线程，如下面文件所示。

Main

import java.util.concurrent.ExecutionException;
import java.util.concurrent.FutureTask;public class Main {public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {Mythread3 myThread = new Mythread3();  //创建Callable接口类的实例对象//使用FuntureTask封装Mythread3类FutureTask ft1 = new FutureTask(myThread);//使用Thread(Runnable target,String name)构造方法创建线程对象Thread thread1 = new Thread(ft1,"thread");//调用线程对象的start()方法启动线程thread1.start();//通过FuntureTaskdioxin的方法管理返回值System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"的返回结果:"+ft1.get());int a=0;while (a++<5){System.out.println("main()方法在运行");}}
}

MyThread3类

import java.util.concurrent.*;
public class Mythread3 implements Callable {//重写Callable接口中的call()方法public Object call() throws Exception{int i=0;while (i++<5){System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"的call()方法在运行");}return i;}
}

在上述文件中，在MyThread3类代码定义了一个实现 Callable 接口的实现类，并在 Calalble接口中重写了call()方法。在Main中,代码创建了 Callable接口的实例，并调用有参的Thread()构造方法创建了线程对象thread1。在代码中调用线程对象 thread1的 start()方法启动线程。

运行结果如图所示:

从图可以看出，所示的案例通过实现 Callable 接口的方式实现了多线程开且有返回结果。

Callable 接口方式实现的多线程是通过 Future Task 类来封装和管理返回结果的，Future Task 类的直接父接口是RunnableFuture，从名称上可以看出 RunnableFuture 是Runnable 和Future的结合体。

总结

以上就是今天的学习内容啦~
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