从线程到并发编程

2019-01-10  本文已影响0人  felixu

何为线程

说起线程，还是得从进程说起。那么进程是什么呢？现代操作系统在运行一个程序时，会为其创建一个进程。比如你电脑上打开个QQ或者是启动一个Java程序，操作系统都会为其创建一个进程。而线程是操作系统的最小调度单元，一个进程中可以有多个线程。OS调度会让多个线程之间高速切换，让我们以为是多个线程在同时执行。

线程的创建与销毁

线程的创建

那么怎么去创建一个线程呢。在Java中我们有且仅有一种(至于为啥说只有一种，而网上说有三种，那是因为其他两种并非创建线程，而是创建了线程的执行单元，最后还是交由Thread去执行)方式来创建线程，那就是new Thread()，但是我们却可以有以下三种方式来使用：

  1. 继承Thread类，重写run方法。

    public class ThreadDemo1 extends Thread {

    @Override
    public void run() {
        System.out.println("extends thread run");
    }

    public static void main(String[] args) {
        ThreadDemo1 thread1 = new ThreadDemo1();
        ThreadDemo1 thread2 = new ThreadDemo1();
        thread1.start();
        thread2.start();
    }
}

  2. 实现Runnable接口，重写run方法。

    public class ThreadDemo2 implements Runnable{

    @Override
    public void run() {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " implements runnable run");
    }

    public static void main(String[] args) {
        new Thread(new ThreadDemo2(), "thread1").start();
        new Thread(new ThreadDemo2(), "thread2").start();
    }
}

  3. 实现Callable接口，重写call方法，实现带返回值的线程。

    public class ThreadDemo3 implements Callable<String> {

    public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
        ExecutorService executorService = newFixedThreadPool(1);
        ThreadDemo3 thread = new ThreadDemo3();
        Future<String> future = executorService.submit(thread);
        System.out.println(future.get());
        executorService.shutdown();
    }

    @Override
    public String call() throws Exception {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " implements callable");
        return Thread.currentThread().getName();
    }
}

终止线程

  1. interrupt中断标志

    前面看完了如何创建一个线程，那么又怎么去终止一个线程呢。以前的Thread类中有个stop方法可以用来终止线程，而现在已经被标记过期了，其实也不建议使用stop方法来终止线程，为什么呢！因为我想用过Linux系统的都知道kill -9吧，stop方法与其类似，stop方法会强制杀死线程，而不管线程中的任务是否执行完毕，那么我们如何更加优雅的去终止一个线程呢。

    这里Thread类为我们提供了一个interrupt方法。

    当我们需要终止一个线程，可以调用它的interrupt方法，相当于告诉这个线程你可以终止了，而不是暴力的杀死该线程，线程会自行中断，我们可以使用isInterrupted方法来判断线程是否已经终止了，我们可以用下面的代码来加以验证：

    public class InterruptDemo {
    private static int i;
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread thread = new Thread(() -> {
            while(!Thread.currentThread().isInterrupted()){
                i++;
            }
            System.out.println("result: " + i);
        }, "interrupt-test");
        thread.start();
        TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
        thread.interrupt();
    }
}

    如果interrupt方法无法终止线程，那么这个线程将会是死循环，而无法结束。这里使用interrupt以一种更加安全中断线程。

  2. volatile共享变量作为中断标志

    这里先不介绍volatile的内存语义以及原理，它可以解决共享变量的内存可见性问题，使其他线程可以及时看到被volatile变量修饰的共享变量的变更，所以我们也可以使用volatile来达到中断线程的目的。

    public class VolatileDemo {

    private volatile static boolean flag = false;
  
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread thread = new Thread(() -> {
            long i = 0L;
            while (!flag) {
                i++;
            }
            System.out.println(i);
        }, "volatile-demo");
        thread.start();
        System.out.println("volatile-demo is start");
        Thread.sleep(1000);
        flag = true;
    }
}

    比如上面示例中的代码，我们可以控制在特定的地方，改变共享变量，来达到让线程退出。

线程复位

为什么要并发编程

单线程有时候也可以解决问题啊，那么我们为什么还要并发编程呢，很大程度上是因为更好的利用CPU资源，提升我们系统的性能。根据摩尔定律(当价格不变时，集成电路上可容纳的元器件的数目，约每隔18-24个月便会增加一倍，性能也将提升一倍。换言之，每一美元所能买到的电脑性能，将每隔18-24个月翻一倍以上。这一定律揭示了信息技术进步的速度。)推算，不久就会有超强的计算能力，然而，事情并未像预料的那样发展。2004年，Intel宣布4GHz芯片的计划推迟到2005年，然后在2004年秋季，Intel宣布彻底取消4GHz的计划。现在虽然有4GHz的芯片但频率极限已逼近，而且近10年停留在4GHz，也就是摩尔定律应该是失效了。既然单核CPU的计算能力短期无法提升了，而我们伟大的硬件科学家们可不会承认自己的理论是错的，那既然一个CPU搞不定了，那么就多个嘛，多核CPU在此时应运而生。单线程毕竟只可能跑在一个核心上，浪费了CPU的资源，从而催生了并发编程，并发编程是为了发挥出多核CPU的计算能力，提升性能。

顶级计算机科学家Donald Ervin Knuth如此评价这种情况：在我看来，这种现象(并发)或多或少是由于硬件设计者无计可施了导致的，他们将摩尔定律的责任推给了软件开发者。

并发编程总结起来说大致有以下优点：

并发编程有哪些问题

看起来好像多线程确实很好，那么我们就可以尽量多的去开线程了嘛。也并不是这样的，多线程的性能也受多方面因素所影响：

所以，如何合理的使用线程需要我们在实践中具体去分析。

结语

并发编程一直是个难点，也是在面试中不可避免被问到的知识点，后面会更多讨论其他方面的知识点，也需要更多的动手实践，才能体会其中的一些深层意义。

参考自《Java并发编程的艺术》

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