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Java線程知識筆記 如果使用得當(dāng)，線程可以有效地降低程序的開發(fā)和維護等成本，同時提升復(fù)雜應(yīng)用程序的性能。具體說，線程的優(yōu)勢有： 1、發(fā)揮多處理器的強大能力 現(xiàn)在，多處理器系統(tǒng)正日益盛行，并且價格不斷降低，即時在低端服務(wù)器和中斷桌面系統(tǒng)中，通常也會采用多個處理器，這種趨勢還在進一步加快，因為通過提高時鐘頻率來提升性能已變得越來越困難，處理器生產(chǎn)廠商都開始轉(zhuǎn)而在單個芯片上放置多個處理器核。 試想，如果只有單個線程，雙核處理器系統(tǒng)上程序只能使用一半的CPU資源，擁有100個處理器的系統(tǒng)上將有99%的資源無法使用。多線程程序則可以同時在多個處理器上執(zhí)行，如果設(shè)計正確，多線程程序可以通過提高處理器資源的利用率來提升系統(tǒng)吞吐率。 2、在單處理器系統(tǒng)上獲得更高的吞吐率 如果程序是單線程的，那么當(dāng)程序等待某個同步I/O操作完成時，處理器將處于空閑狀態(tài)。而在多線程程序中，如果一個線程在等待I/O操作完成，另一個線程可以繼續(xù)運行，使得程序能在I/O阻塞期間繼續(xù)運行。 3、建模的簡單性 通過使用線程，可以將復(fù)雜并且異步的工作流進一步分解為一組簡單并且同步的工作流，每個工作流在一個單獨的線程中運行，并在特定的同步位置進行交互。我們可以通過一些現(xiàn)有框架來實現(xiàn)上述目標(biāo)，例如Servlet和RMI，框架負責(zé)解決一些細節(jié)問題，例如請求管理、線程創(chuàng)建、負載平衡，并在正確的時候?qū)⒄埱蠓职l(fā)給正確的應(yīng)用程序組件。 編寫Servlet的開發(fā)人員不需要了解多少請求在同一時刻要被處理，也不需要了解套接字的輸入流或輸出流是否被阻塞，當(dāng)調(diào)用Servlet的service方法來響應(yīng)Web請求時，可以以同步的方式來處理這個請求，就好像它是一個單線程程序。 4、異步事件的簡化處理 服務(wù)器應(yīng)用程序在接受多個遠程客戶端的套接字連接請求時，如果為每個連接都分配其各自的線程并且使用同步I/O，那么就會降低這類程序的開發(fā)難度。如果某個應(yīng)用程序?qū)μ捉幼謭?zhí)行讀操作而此時還沒有數(shù)據(jù)到來，那么這個讀操作將一直阻塞，直到有數(shù)據(jù)到達。 在單線程應(yīng)用程序中，這不僅意味著在處理請求的過程中將停頓，而且還意味著在這個線程被阻塞期間，對所有請求的處理都將停頓。 為了避免這個問題，單線程服務(wù)器應(yīng)用程序必須使用非阻塞I/O，但是這種I/O的復(fù)雜性要遠遠高于同步I/O，并且很容易出錯。然而，如果每個請求都擁有自己的處理線程，那么在處理某個請求時發(fā)生的阻塞將不會影響其他請求的處理。 知識回顧 進程與線程是常常被提到的兩個概念。進程擁有獨立的代碼段、數(shù)據(jù)空間，線程共享代碼段和數(shù)據(jù)空間，但有獨立的?？臻g。線程是操作系統(tǒng)調(diào)度的最小單位，通常一個進程會包含一個或多個線程。 多線程和多進程都可以實現(xiàn)并發(fā)處理，如nginx使用多進程方式、tomcat使用多線程方式、Apache支持混合使用。在C/C+等語言中可以同時使用多進程和多線程，而在Java中只能使用多線程。 在Java中，創(chuàng)建線程的唯一方式是創(chuàng)建Thread類的實例，調(diào)用實例的start()方法啟動線程。 Java線程實現(xiàn) 在JDK1.2之前，Java使用用戶線程實現(xiàn)Java線程，在JDK1.2及之后，Java基于操作系統(tǒng)原生的線程模型實現(xiàn)Java線程。 使用用戶線程(UserThread,UT)實現(xiàn)，是指線程建立在用戶態(tài)空間，線程的建立、同步、調(diào)度與銷毀都在用戶態(tài)完成，進程與用戶線程之間是1:N的對應(yīng)關(guān)系。這種情況下，內(nèi)核無法知道有多少個用戶線程，實現(xiàn)較為復(fù)雜。 使用內(nèi)核線程實現(xiàn)，是指基于輕量級進程(LightWeightProcess,LWP)來實現(xiàn)線程。每個輕量級進程都有一個內(nèi)核線程(Kernel-LevelThread,KLT)支持，與內(nèi)核線程之間是1:1的對應(yīng)關(guān)系。這種情況下，調(diào)度線程時可能需要在內(nèi)核態(tài)和用戶態(tài)之間進行切換。 由于輕量級進程需要消耗內(nèi)核資源，能夠支持的線程數(shù)量是有限的。 如在Windows和Linux系統(tǒng)中，操作系統(tǒng)原生的線程模型是1:1的對應(yīng)關(guān)系，對于SunJDK來說，一個Java線程就對應(yīng)著一個輕量級進程。 線程調(diào)度與狀態(tài) 在Java中線程的調(diào)度方式是搶占式調(diào)度，即由系統(tǒng)來負責(zé)各個線程的時間分配，并在線程使用完分配的時間后調(diào)度下一個線程。任何一個線程都不能獨占CPU。Java語言一共設(shè)置了10個線程優(yōu)先級，當(dāng)兩個線程同時等待執(zhí)行時，優(yōu)先級高的先被調(diào)度。 線程的優(yōu)先級會被映射到操作系統(tǒng)原生線程上去，但各個操作系統(tǒng)的優(yōu)先級劃分不完全一樣，因此兩個優(yōu)先級不同的Java線程在操作系統(tǒng)中執(zhí)行時也可能處于相同的優(yōu)先級。 Java定義了5種線程狀態(tài)，分別是新建(New)、運行(Running)、等待(Waiting)、限期等待(TimedWaiting)、阻塞(Blocked)和結(jié)束(Terminated)。任一時刻，線程都處于5種狀態(tài)中的一種，并在各個狀態(tài)之間切換，如圖所示。 其中，各個狀態(tài)含義如下： 新建：創(chuàng)建后未啟動; 運行：對于Java來說，線程已經(jīng)運行，但對于操作系統(tǒng)來說，可能在運行或等待; 等待：線程等待被其他線程喚醒，如調(diào)用了wait、join且沒有指定超時時間; 限期等待：線程等待一段時間后被系統(tǒng)喚醒，如調(diào)用了sleep、wait、join并設(shè)置了超時時間; 阻塞：線程進入同步區(qū)域需要與其他線程協(xié)調(diào)同步，如需要進入synchronized區(qū)域但其他線程尚未退出此區(qū)域; 結(jié)束：run方法執(zhí)行完成后，線程結(jié)束。 虛擬機棧 在Java內(nèi)存模型中，每個虛擬機線程都有自己私有的虛擬機棧。棧與線程同時創(chuàng)建，其中存儲的是線程的棧幀(StackFrame)。每個方法的調(diào)用，都對應(yīng)著一個棧幀的入棧和出棧。在棧幀中，存儲著局部變量表(LocalVariableTable)、操作棧(OperandStack)、動態(tài)連接(DynamicLinking)、返回地址(ReturnAddress)和其他附加信息。 線程的工作內(nèi)存 在內(nèi)存模型中，Java要求所有的變量都必須存儲在主內(nèi)存中，每個線程擁有自己的工作內(nèi)存。工作內(nèi)存中保存了線程需要讀寫的變量的主內(nèi)存的副本。線程對變量的讀寫操作都在工作內(nèi)存中直接進行，并不會去操作主內(nèi)存中的內(nèi)容，主內(nèi)存與工作內(nèi)存的同步由虛擬機完成。不同線程不能訪問彼此的工作內(nèi)存，變量值的傳遞需要經(jīng)過主內(nèi)存才能完成。 Volatile修飾的變量可以保證變量對所有線程可見，即某個線程修改變量后，其他線程總能立刻讀到新值。即便如此，多線程并發(fā)時，對volatile變量進行自增自減操作也不能保證線程安全。 總結(jié) 線程在Java中只能通過創(chuàng)建Thread類的實例來創(chuàng)建。在JDK1.2之后，Java中的線程基于操作系統(tǒng)原生的線程模型來實現(xiàn)線程。線程的調(diào)度方式是搶占式調(diào)度，即由系統(tǒng)來負責(zé)各個線程的時間分配，并在線程使用完分配的時間后調(diào)度下一個線程。Java定義了5種線程狀態(tài)：新建、運行、等待、限期等待、阻塞和結(jié)束。 每個虛擬機線程