Java并发编程（二）为什么需要多线程

如果不考虑多线程的话，那么在程序只有一条执行路径，代码串行执行：顺序执行、选择或者循环。单线程就像你用你惯常的手去写字，多线程编程就要求你左手画圆，右手画方。一不留神就会手忙脚乱，圆不是圆，方也不像方。在继续学习多线程编程之前，先来小小的回顾一下操作系统的进化史。

操作系统发展回顾

手工操作：计算机并不包含操作系统，从头到尾只执行一个程序，这个程序可以访问程序中所有的资源。

批处理系统：加载在计算机上的一个系统软件，在它的控制下，计算机能够自动地、成批地处理一个或多个用户的作业（这作业包括程序、数据和命令）。

多道程序设计技术：
所谓多道程序设计技术，就是指允许多个程序同时进入内存并运行。即同时把多个程序放入内存，并允许它们交替在CPU中运行，它们共享系统中的各种硬、软件资源。当一道程序因I/O请求而暂停运行时，CPU便立即转去运行另一道程序。

分时系统：
由于CPU速度不断提高和采用分时技术，一台计算机可同时连接多个用户终端，而每个用户可在自己的终端上联机使用计算机，好象自己独占机器一样。

从操作系统的发展可以看出来，从单任务到多任务，从多道处理到分时处理，计算机的资源利用率和并发性越来越高了。

在早期的分时系统中，每个进程相当于一台虚拟的冯·诺依曼计算机，它拥有存储指令和数据的内存空间，根据机器语言的语义以串行的方式执行指令，并通过一组I/O指令与外部设备通信。

这个时候如果把一个进程当做虚拟机，那么这个进程中的线程就相当于虚拟机中的进程啦。

串行编程的好处在于直观和简单，不容易出岔子，缺点是如果某些步骤处理时间过长需要无谓的等待；

异步处理的好处是：高效，充分利用资源，缺点各个步骤之间需要协调一致，不然容易乱套。

结论：分时，多进程、多线程的并发、异步执行，这些复杂的编程手段已经成熟了，需要我们更好地掌握以提高自己的编程水平。

多线程的优势

1. 发挥处理器的强大能力

在多处理器上，多线程可以通过提高处理器资源的利用率来提高系统的吞吐率。

在单处理器系统上也可以获得更高的吞吐率，比如说多线程程序在等待某个同步I/O操作时，还有其他线程可以继续运行。

2. 建模的简单性

完成单任务时，很简单，只要把这件事做好就行。但是在完成多任务的时候，不仅要把活干好，还要考虑不同任务之间存在优先级和时间。

3. 异步事件的简化处理

一部分线程接受客户端请求，另一部分处理器请求。如果是单线程程序的话，处理请求时会停顿导致接受请求阻塞，为了避免这个问题单线程程序必须使用非阻塞的I/O，这种I/O的复杂性要远远高于同步I/O。

4. 响应灵敏的用户界面

这个就不解释了。

多线程的例子

如果使用得当，线程可以有效地降低程序的开发和维护成本，同时提升复杂应用程序的性能。

这里列举几个多线程的应用场景，帮助加深理解。

1. 图形用户界面中，多线程可以提供用户界面响应灵敏度。

2. 服务器应用程序中，可以提升资源利用率以及系统吞吐率。比如在tomcat中一部分线程接受请求，另一部分线程处理请求。

3. JVM垃圾收集器中，垃圾收集通常在一个或者多个专门的线程中运行，同时还有个主线程来运行main方法。

4. 矩阵计算，多线程并发执行。

5. 下载大文件时，大文件可以分成多个部分，每个线程下载一部分。

6. 多叉树中搜索N个文件。

7. 假设有个请求，这个请求服务端的处理需要执行3个很缓慢的IO操作（比如数据库查询或文件查询）。

8. web服务器本身；各种专用服务器（如游戏服务器）。

9. 后台任务，例如：定时向大量（100w以上）的用户发送邮件。

10.
异步处理，例如：发微博、记录日志等。

11.
分布式计算。

12. 生产者和消费者模型。

13. 定时任务。

14. Servlet和JSP，多并发时可能有多个客户端请求Servlet，Servlet必须是线程安全的。

15. 远程方法调用。