进程和线程
进程是指处于运行过程中的程序,并且具有一定的独立性。进程是系统进行资源分配和调度的一个单位。当程序进入内存运行时,即为进程。
进程特点
独立性
进程是系统中独立存在的实体,它可以独立拥有资源,每一个进程都有自己独立的地址空间,没有进程本身的运行,用户进程不可以直接访问其他进程的地址空间。
动态性
进程和程序的区别在于进程是动态的,进程中有时间的概念,进程具有自己的生命周期和各种不同的状态。
并发性
多个进程可以在单个处理器上并发执行,互不影响。
并行和并发区别:
并行:同一时刻可以处理多个任务
并发:统一时刻只能处理1个任务,但在一段时间内可以对多个任务交替处理
图示说明:
线程特点
线程是进程的组成部分,一个进程可以拥有多个线程,而一个线程必须拥有一个父进程。线程可以拥有自己的堆栈,自己的程序计数器和自己的局部变量,但不能拥有系统资源。它与父进程的其他线程共享该进程的所有资源。
线程可以完成一定任务,可以和其它线程共享父进程的共享变量和部分环境,相互协作来完成任务。
线程是独立运行的,其不知道进程中是否还有其他线程存在。
线程的执行是抢占式的,也就是说,当前执行的线程随时可能被挂起,以便运行另一个线程。
一个线程可以创建或撤销另一个线程,一个进程中的多个线程可以并发执行。
线程生命周期
当线程被创建并启动以后,它既不是一启动就进入了执行状态,也不是一直处于执行状态。在线程的生命周期中,它要经过新建(New)、就绪(Runnable)、运行(Running)、阻塞(Blocked)和死亡(Dead)5种状态。尤其是当线程启动以后,它不可能一直”霸占”着CPU独自运行,所以CPU需要在多条线程之间切换,于是线程状态也会多次在运行、阻塞之间切换。
新建状态,当程序使用new关键字创建了一个线程之后,该线程就处于新建状态,此时仅由JVM为其分配内存,并初始化其成员变量的值。
就绪状态,当线程对象调用了start()方法之后,该线程处于就绪状态。Java虚拟机会为其创建方法调用栈和程序计数器,等待调度运行。
运行状态,如果处于就绪状态的线程获得了CPU,开始执行run()方法的线程执行体,则该线程处于运行状态
阻塞状态,当处于运行状态的线程失去所占用资源之后,便进入阻塞状态
在线程的生命周期当中,线程的各种状态的转换过程
新建和就绪状态
当程序使用new关键字创建了一个线程之后,该线程就处于新建状态,此时它和其他的Java对象一样,仅仅由Java虚拟机为其分配内存,并初始化其成员变量的值。此时的线程对象没有表现出任何线程的动态特征,程序也不会执行线程的线程执行体。
当线程对象调用了start()方法之后,该线程处于就绪状态。Java虚拟机会为其创建方法调用栈和程序计数器,处于这个状态中的线程并没有开始运行,只是表示该线程可以运行了。至于该线程何时开始运行,取决于JVM里线程调度器的调度。
调用线程对象的start()方法之后,该线程立即进入就绪状态——就绪状态相当于”等待执行”,但该线程并未真正进入运行状态。如果希望调用子线程的start()方法后子线程立即开始执行,程序可以使用Thread.sleep(1) 来让当前运行的线程(主线程)睡眠1毫秒,1毫秒就够了,因为在这1毫秒内CPU不会空闲,它会去执行另一个处于就绪状态的线程,这样就可以让子线程立即开始执行。
注意:启动线程使用start()方法,而不是run()方法。永远不要调用线程对象的run()方法。调用start0方法来启动线程,系统会把该run()方法当成线程执行体来处理;但如果直按调用线程对象的run()方法,则run()方法立即就会被执行,而且在run()方法返回之前其他线程无法并发执行。也就是说,系统把线程对象当成一个普通对象,而run()方法也是一个普通方法,而不是线程执行体。需要指出的是,调用了线程的run()方法之后,该线程已经不再处于新建状态,不要再次调用线程对象的start()方法。只能对处于新建状态的线程调用start()方法,否则将引发IllegaIThreadStateExccption异常。
运行和阻塞状态
线程调度
如果处于就绪状态的线程获得了CPU,开始执行run()方法的线程执行体,则该线程处于运行状态,如果计算机只有一个CPU。那么在任何时刻只有一个线程处于运行状态,当然在一个多处理器的机器上,将会有多个线程并行执行;当线程数大于处理器数时,依然会存在多个线程在同一个CPU上轮换的现象。
当一个线程开始运行后,它不可能一直处于运行状态(除非它的线程执行体足够短,瞬间就执行结束了)。线程在运行过程中需要被中断,目的是使其他线程获得执行的机会,线程调度的细节取决于底层平台所采用的策略。对于采用抢占式策略的系统而言,系统会给每个可执行的线程一个小时间段来处理任务;当该时间段用完后,系统就会剥夺该线程所占用的资源,让其他线程获得执行的机会。在选择下一个线程时,系统会考虑线程的优先级。
所有现代的桌面和服务器操作系统都采用抢占式调度策略,但一些小型设备如手机则可能采用协作式调度策略,在这样的系统中,只有当一个线程调用了它的sleep()或yield()方法后才会放弃所占用的资源——也就是必须由该线程主动放弃所占用的资源。
线程中断
线程中断时一种重要的线程协作机制。线程中断并不会使线程立即退出,而是给线程发送一个通知,告知目标线程,有人希望你退出,至于线程接到通知如何处理,完成是线程自行决定。
JDK中默认提供了强大的支持。
1 | Thread.interrupt(); // 中断线程 |
线程阻塞
当发生如下情况时,线程将会进入阻塞状态
线程调用sleep()方法主动放弃所占用的处理器资源
线程调用了一个阻塞式IO方法,在该方法返回之前,该线程被阻塞
线程试图获得一个同步监视器,但该同步监视器正被其他线程所持有。关于同步监视器的知识、后面将存更深入的介绍
线程在等待某个通知(notify)
程序调用了线程的suspend()方法将该线程挂起。但这个方法容易导致死锁,所以应该尽量避免使用该方法
当前正在执行的线程被阻塞之后,其他线程就可以获得执行的机会。被阻塞的线程会在合适的时候重新进入就绪状态,注意是就绪状态而不是运行状态。也就是说,被阻塞线程的阻塞解除后,必须重新等待线程调度器再次调度它。
解除阻塞
针对上面几种情况,当发生如下特定的情况时可以解除上面的阻塞,让该线程重新进入就绪状态:
调用sleep()方法的线程经过了指定时间。
线程调用的阻塞式IO方法已经返回。
线程成功地获得了试图取得的同步监视器。
线程正在等待某个通知时,其他线程发出了个通知。
处于挂起状态的线程被调甩了resdme()恢复方法。
线程整个周期状态图如下:
从图中可以看出,线程从阻塞状态只能进入就绪状态,无法直接进入运行状态。而就绪和运行状态之间的转换通常不受程序控制,而是由系统线程调度所决定。当处于就绪状态的线程获得处理器资源时,该线程进入运行状态;当处于运行状态的线程失去处理器资源时,该线程进入就绪状态。但有一个方法例外,调用yield()方法可以让运行状态的线程转入就绪状态。
线程死亡
死亡状态
线程会以如下3种方式结束,结束后就处于死亡状态:
run()或call()方法执行完成,线程正常结束。
线程抛出一个未捕获的Exception或Error。
直接调用该线程stop()方法来结束该线程——该方法容易导致死锁,通常不推荐使用。常用方式是通过标识方式优雅结束线程。
程序设计
当主线程结束时,其他线程不受任何影响,并不会随之结束。一旦子线程启动起来后,它就拥有和主线程相同的地位,它不会受主线程的影响。为了测试某个线程是否已经死亡,可以调用线程对象的isAlivc()方法,当线程处于就绪、运行、阻塞了种状态时,该方法将返回true;当线程处于新建、死亡状态时,该方法将返回false。
不要试图对一个已经死亡的线程调用start()方法使它重新启动,死亡就是死亡,该线程将不可再次作为线程执行。