java多线程（一）－概述

最近这段在看java多线程编程方面的东西。所以特写了几篇文章，来总结和回顾一下自己所学习到的相关知识。因为水平有限，文章中总结不全面甚至理解错误的地方，欢迎读者指点批评。

我们平时所接触到的程序，都是顺序编程。
顺序编程的意思是，程序中的所有事物在任意时刻都只能执行一个步骤（包括那些代码当中的顺序结构，选择结构，循环结构），
顺序编程满足了我们能够碰到的大部分问题，但是有些问题，仅仅依靠顺序编程是不够的，举个例子，一个带界面的音乐播放程序，在播放歌曲的同时也能及时的响应用户在界面上进行的的按键操作（比如点击 下一曲 按钮）。那么此时顺序编程就不合适了，因为这是需要两件同时执行的事情，如果采用顺序编程，为了及时响应按键操作，我们需要在代码的很多地方都要加上检测按键状态的代码。而这种场景下就需要并发编程了。

并发编程 有不同的实现方式。 比如 多进程模式，多线程模式等。
而最常见也最直接的就是 操作系统级别使用的进程，所谓 进程就是运行在它自己的地址空间内的自包容的程序。比如，可以在电脑上，同时并行进行几个不同的任务，qq和人聊天，酷狗播放器播放音乐，然后浏览器下着文件，这就是三个不同的进程，这三个进程彼此之间相互隔绝，不受其他进程影响。

而对于同一个进程，也可以采用多线程开发技术，使得一个程序内部多个线程可以并行运行。

当然，对于单核cpu，我们说计算机能在同一个时间点并行运行多进程或多线程。它们实际上都不是真正意义上的同一个时间点，只不过cpu切换速度极快，操作系统将cpu时间切片，分配给不同的任务。虽然看起来每个任务在执行过程中都是有时运行有时停止，但是鉴于cpu执行的速度极高，所以在我们使用者看来，那都是连续的，不间断的。这几个不同的任务就像同时并行运行一样。

而伴随着多核cpu的出现，几个核同时运行，这个时候，它们才有可能是在真正的同一个时间点并行运行。

而多线程，因为会对相同的内存空间进行并发读写操作，所以它们更加复杂。
解释一下这句话，还是 回到刚才举的那个例子，在一台电脑上，同时运行几个不同的任务。qq和人聊天，酷狗播放器播放音乐，然后浏览器下着文件。我们知道，无论什么程序，归根结底编译到了最底层，那就是0和1。因为cpu只认识0和1，如果把0和1转化为容易阅读的语言，那就是汇编语言。看过汇编的应该知道，类似 什么mov ax,bx 之类的语句都是直接操作寄存器或内存地址的。那么这个时候问题就来了，酷狗播放器，qq，浏览器这三个程序，编译到了汇编层次，那么也会直接操作寄存器和内存地址，那么为什么他们这些程序之间不冲突呢？原因就是因为 其实他们这个地址之类的，都是虚拟内存地址。酷狗播放器和qq编译成汇编语言之后，他们的内存地址都是虚拟的，所以哪怕这两个程序在汇编层面都操作同一个内存地址，也不会彼此冲突。这中间的功劳就是属于操作系统和cpu。操作系统在运行这两个进程时，会和cpu一起起作用，把他们的虚拟地址空间转换为实际的地址空间。其实说白了，就是 酷狗播放器，qq，浏览器在编写他们各自的代码的时候。根本不会考虑汇编层面上，寄存器，内存地址之类的问题。他们只需要写好自己程序本身的代码就行了。至于那些多个进程怎么运行之类的复杂问题的，上层开发的程序员们是不用关心的。

而多线程，他们归根到底还是属于同一个进程，因此多个不同线程还是对于同一内存空间进行操作，所以多线程更复杂，更容易出问题。

对于多进程，某个进程崩溃了，那么对其他进程 没啥影响，但是对于多线程，某个线程崩溃了，它所属的这个进程也会受到直接影响。

当然，我们在说不同的进程在运行的时候，都属于各自干好自己的事情，中间不会发生什么联系。这样就避免了相互干扰。不过操作系统当然也提供了进程间通信机制（IPC），比如linux的 管道，信号，套接字之类的。

而从表面上看，如果同样一个任务（进程），分解成多个线程来执行，和单独一个线程来执行，理论上前者的开销应该是更大的，原因很简单，执行多线程会增加 上下文切换的代价。但是实际上，多线程之所以更快，有两个主要因素。
（1）阻塞。程序因为程序控制之外的某些因素（比如I/0）而导致不能继续执行，cpu是如此宝贵的资源，如果cpu一直处于等待状态，那岂不是一种很大的浪费。拿i/o操作来说，cpu的执行速度极高，它的时间都是按照纳秒为单位的，但是执行程序所需要的资源或数据确往往在内存，硬盘，乃至网络服务器上，它们的速度相对于cpu那就太慢，甚至极慢。如果是顺序编程，在这种情况下，cpu只能干等着，没办法继续干活。那么这种情况下，多线程就变的很有必要了。此时cpu可以切换执行另一个任务，那么就不用干等着其中一个线程。

（2）多核cpu的出现，在最初的时候cpu都是单核的，但是到现在四核八核都很普遍的情况下，如果是顺序编程只能在某一个核上运行。找人完成一件任务，一个人单独干，和8个人协助干，虽然后者会需要花费更多的组织和协调的耗费，但是明显后者干活比前者快。

多线程编程将一个大的程序（任务／进程）划分为多个分离的，独立运行的线程（子任务），一个线程就是该进程中的 一个单一的顺序控制流，每个线程虽然没有独立的地址空间（因为只有进程才有），但是各个线程有自己的堆栈和局部变量。而在线程本身来看，就像它单独占有cpu一样。虽然底层机制是操作系统切分了cpu的时间，给它分配了这一段的时间。不过上层开发的程序员是不用关心这些的，所以这种线程模型方便了上层开发者。

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