01.线程基础知识初识

1.进程与线程

进程与线程的由来：

计算机cpu工作原理，操作系统调度单核cpu时其实是在不停的切换任务，因为cpu同一时间只能做一件事，而且cpu做事速度很快，往往在完成一件任务时需要等待其他零件完成任务（比如硬盘读写i/o阻塞），此时为了最大限度的理由资源，cpu只能在不同任务间来回切换，就是我们所说的并发了。

但并发带来了一些问题，原先单任务现在变成了多个任务，任务之间的切换怎么进行，这时候就引入了进程的概念。

用进程来对应一个程序，每个进程对应一定的内存地址空间，并且只能使用它自己的内存空间，各个进程间互不干扰。并且进程保存了程序每个时刻的运行状态，这样就为进程切换提供了可能。

当进程暂时时，它会保存当前进程的状态（比如进程标识、进程的使用的资源等），在下一次重新切换回来时，便根据之前保存的状态进行恢复，然后继续执行。这就是并发，能够让操作系统从宏观上看起来同一个时间段有多个任务在执行。

换句话说，进程让操作系统的并发成为了可能。

而线程是进程的子集，线程也是一个应用程序最小的执行单元。

进程的出现解决了操作系统的并发问题，但是对于一个进程来说，它内部也需要执行多个子任务，比如读取，计算，实时显示，为了更大限度的提升效率，人们引入了线程的概念。进程让操作系统的并发性成为可能，而线程让进程的内部并发成为可能。

注意，一个进程虽然包括多个线程，但是这些线程是共同享有进程占有的资源和地址空间的。进程是操作系统进行资源分配的基本单位，而线程是操作系统进行调度的基本单位。

2.进程与线程的区别

1. 线程是程序执行的最小单位，而进程是操作系统分配资源的最小单位；

2. 一个进程由一个或多个线程组成，线程是一个进程中代码的不同执行路线

3. 进程之间相互独立，但同一进程下的各个线程之间共享程序的内存空间(包括代码段，数据集，堆等)及一些进程级的资源(如打开文件和信号等)，某进程内的线程在其他进程不可见；

4. 调度和切换：线程上下文切换比进程上下文切换要快得多

生活中的举例：你在上网时，挂着QQ，看着爱奇艺，并用迅雷下载着文件。这时候QQ，爱奇艺，迅雷就可以认为是一个个进程。而你在QQ中可以和张三、李四等人同时聊天，那么张三、李四等人的聊天界面就是一个个线程。

问题：是否多线程的性能一定就由于单线程呢？

不一定，要看具体的任务以及计算机的配置。比如说：对于单核CPU，如果是CPU密集型任务，如解压文件，多线程的性能反而不如单线程性能，

因为解压文件需要一直占用CPU资源，如果采用多线程，线程切换导致的开销反而会让性能下降。但是对于比如交互类型的任务，肯定是需要使用多线程的、而对于多核CPU，对于解压文件来说，多线程肯定优于单线程，因为多个线程能够更加充分利用每个核的资源。

虽然多线程能够提升程序性能，但是相对于单线程来说，它的编程要复杂地多，要考虑线程安全问题。

因此，在实际编程过程中，要根据实际情况具体选择。

3.java中的线程创建方法

前文我们已经对线程的概念有了一个初步的了解，那么怎么才能在JVM中创建一个线程呢 ?

在java中创建线程一般有两种方式：1)继承Thread类 2)实现Runnable接口

• 1.通过继承Thread类来实现创建线程

  /**
   * 1 .继承Thread类
   *   继承Thread类的话，必须重写run方法，在run方法中定义需要执行的任务。
   **/
  class ThreadOne extends Thread{
        
        
      @Override
      public void run(){
        
        
          System.out.println(Thread.currentThread().getId()+"开始运行			了");
      }
  }
  
  /**
   *  创建好了自己的线程类之后，就可以创建线程对象了，然后通过start()方法去启动线 程。
   **/
  public static void main(String[] args) throws Exception{
        
        
      new ThreadOne().start();
      //jdk1.8下用 lambda表达式简化写法
      new Thread(()-> System.out.println(Thread.currentThread().getId()+"开始运行		了")).start();
  }	
  

创建好线程类后，此时线程只是一个不同的java对象，还不能称之为线程，只有通过调用start()方法才能启动该线程。 注意：不是调用run()方法启动线程，run方法中只是定义需要执行的任务，如果调用run方法，即相当于在主线程中执行ThreadOne对象中的run()方法，跟普通的方法调用没有任何区别，此时并不会创建一个新的线程来执行定义的任务。

• 通过实行Runnable接口来创建线程
  Java为我们定义了一个Runnable接口，我们可以通过实现该接口并重写接口中的run()方法来实现线程的创建

//自定义一个Runnable接口的实现类，并重写其中run方法
class ThreadTwo implements Runnable{
    
    
    @Override
    public void run(){
    
    
        System.out.println(Thread.currentThread().getId()+"开始运行了");
    }
}
public static void main(String[] args) throws Exception{
    
    
    //创建Thread类并将接口实现做入参，并调用start方法
    new Thread(new ThreadTwo()).start();
}	

查看jdk源码我们可以发现,Runnable接口结构很简单，只是定义了一个无参、无返回值的run方法。

所以其实严格意义上说通过实行Runnable接口来创建线程是一种不严谨的书法，在jdk中代表线程的只有Thread这一个类，线程的执行单元就是run方法，查看Thread.run源码

我们可以发现，run方法只是执行了target中的run方法，而target是什么呢。查看Thread的构造函数我们可以发现：

这里的target就是我们传递进来的的Runnable接口的实现，Runnable的实例仅仅为线程提供了他的执行单元逻辑。

所以说创建线程有两种方式，第一种是创建一个Thread的实现类，第二种是实现Runnable接口，这种说法并不严谨。

严谨点的说法应该是：创建线程只有一种方式就是构造Thread类，而实现线程的执行单元则有两种方式：第一种是重写Thread的run方法，第二种是实现Runnable接口的run方法，并将Runnable接口的实例作为入参并构造Thread实例。

4.线程生命周期详解

线程作为程序执行的最小单位，他也有着一个完整的生命周期：

如上图，线程的生命周期大体分为如下5个部分：

NEW（新建） , RUNNABLE（可运行） , RUNING (运行), BLOCKED（阻塞） , TERMINATED（消亡）

下面对每个状态进行具体讲解

• NEW 状态

  当我们创建一个线程对象，如 new Thread() 后，此时线程还没开始调用start方法启动，那么这时候的线程就处于NEW 状态。其实跟确切的说，此时线程还不存在，在没调用start() 方法前，你只是用关键字 new 创建了一个普通的Java对象。

  NEW 状态可以通过start() 进入 RUNNABLE状态。

• RUNNABLE 状态

  线程对象创建后要想变成RUNNABLE 状态必须调用 start()方法，调用该方法后，才能算是真正的在 JVM进程中创建了一个线程。但线程一旦启动并不会马上就能得到执行，线程的运行与否与进程一样是取决于CPU的调度的，我们就把这种等待执行的状态称之 RUNNABLE（可运行）状态，表示它具备了执行资格，但是还没能真正的执行起来。

  由于此时线程并不是Running状态，所以该状态下的线程不会直接进入 BLOCKED 和 TERMINATED状态，即使在线程的执行中调用了wait、sleep或者其他block的IO操作等，也必须是线程获得了CPU的调度执行权才可以转变状态。

  RUNNABLE的线程只能意外终止 或者进入RUNNING状态。

• RUNNING状态

  当CPU通过轮询或者其他方式从任务可执行队列中选中了线程，此时它才能真正的执行自己的内部逻辑代码，而此时线程的状态就是RUNING状态。可以说 一个正在RUNNING 状态的线程事实上也是RUNNABLE 的，但是反过来说则不成立。

  RUNNING状态下的线程状态常见转换：

  • RUNNING 变成 BLOCK 状态

    1.调用了sleep、wait方法而进入了waitSet中。

    2.进行某个阻塞的IO操作，比如网络数据的读写

    3.为获取某个锁资源，从而加入到该锁的阻塞队列中

  • RUNNING 变成 RUNNABLE 状态

    1.CPU调度器轮询使该线程放弃了执行

    2.线程主动调用了yield方法，放弃了CPU的执行权

  • RUNNING 变成 TERMINATED 状态

    1.调用stop方法

• BLOCKED 状态

  线程由于某些原因进入了阻塞状态，详见上文，线程在BLOCKED状态可进行的状态切换：

  • 进入 RUNNABLE状态

    1.线程完成了指定时间的休眠

    2.线程阻塞的操作结束，比如读取到了想获取的数据

    3.Wait中的线程被其他线程 notify/notifyall唤醒

    4.线程获取到了某个锁资源

    5.线程在阻塞过程中被打断，比如其他线程调用了interrupt方法

  • 进入 TERMINATED 状态

    调用stop或者意外死亡(JVM Crash)

• TERMINATED状态

  线程的最终状态，该状态的线程不会在进行状态变换，意味着整个生命周期都结束了。线程进入到TERMINATED状态的情况：

  1.线程运行正常结束，结束生命周期

  2.线程运行出错意外结束

  3.JVM Crash，导致所有线程都结束

了解线程的生命周期各状态之间的转换非常重要，每种语言具体定义的状态枚举也许不同，但总体来说都会在这5种状态的范畴之内。