走近并发编程之一 进程和线程

并发与并行，进程与线程不仅是操作系统中及其重要的概念，也是并发编程入门

必须要理解的核心知识。

什么是并发？并发与并行的区别

顺序编程：程序中的所有事物在任意时刻都只能执行一个步骤

并发：在同一时间段内，需要处理多个任务，而在每个时间点又只能处理一个，这就是并发。

假设我们要把多个任务分配给处理机，如果这台机器有多个处理器，显然可以同时执行这些任务，这就是并行。

不同于并行，并发的目的旨在最大限度的提高程序在单处理器上的效率。前者是在物理上的同时发生，而并发是在逻辑上的同时发生。如图，如果要在同一个时间段内处理task1, task2，需要在任务之间来回切换，完成并发执行



图：一个简单并发的例子

2. Java的多线程和并发性

Java是一种多线程语言，并发是Java非常重要的高级特性之一。对于分布式系统甚至于web系统的开发者来说，学会高效的并发编程至关重要。例如，web系统是Java的常见应用之一，最基本的java web库类 Servlet就具备天生的多线程特性，图形用户界面类似于Swing和SWT也具备线程安全的机制。如果你不了解并发，你很难很好的使用好这些工具。

3. 进程和线程

进程可以定义为一个执行中的程序的实例，进程拥有自己的地址空间，以及用来记录进程的进程控制块(PCB)。想到实现并发，人们最先想到的便是通过进程。在多任务操作系统中，CPU会周期性地从一个进程切换到另一个进程。这种实现方式非常理想化，由于不同进程处于不同的地址空间，彼此之间不会干涉，这使得实现起来更为容易。

可惜的是，虽然具有以上优点，但由于进程通常都会有开销和数量的限制，想要使用进程来并发编程显然不够经济。



图：进程的开销( 任务管理器)

函数型语言可以将并发任务彼此隔离，这种专门的并发语言为处理大量并发任务提供了方便。

线程是在单一进程中创建的任务，线程与线程之间共享进程的地址空间和内存资源，Java的并发就是在顺序语言的基础上引入线程机制，通过多线程 之间的协作来实现并发。

多线程并发的好处是可以共享资源，开销较小，然而同时也使得系统的复杂性增加。不过与程序设计的方便性，资源的负载均衡实现相比，复杂性代价也变得微不足道了。

4. 线程的创建

Java中创建线程，经常用到java.lang.Thread类，如下创建一个线程：

Thread thread  = new Thread();

调用start()方法启动线程

thread.start();

由于我们没有继承Thread类，重载Thread的run()方法，所以在start()之后线程没有任何动作。

要想让线程执行我们想要它完成的任务，还需要创建Thread的子类来重载run()方法。

5. 创建Thread子类

举个栗子

public class MyThread extends Thread {

public void run(){

System.out.println("ACFLOOD!");

}

}

通过如下代码来运行MyThread

MyThread myThread = new MyThread();

myThread.start();

6. 实现Runnable接口

我们还可以通过实现Runnable接口来实现run()方法，你可能会问，Runnable和Thread的区别是什么？ 其实，在Java的多线程机制中，Runnable的实现就相当于一个Task，也就是我们想让线程完成的任务。Thread的目的是用来驱动这些任务，我们想要执行Task，只需要把Runnable的实例放入Thread中。比如下面的倒计时任务LiftOff

public class LiftOff implements Runnable {

protected int countDown = 10; //Default

private static int taskCount = 0;

private final int id = taskCount++;

public LiftOff(){}

public LiftOff(int countDown){

this.countDown = countDown;

}

public String status() {

return "#" + id  + "(" + (countDown > 0 ? countDown : "LiftOff!")+").";

}

public void run(){

while(countDown-- > 0){

System.out.print(status());

Thread.yield(); //对线程调度的建议

}

}

}

我们可以直接调用run()方法来执行。此时程序依旧是顺序执行，即只有主线程在运行，并没有新的线程被创建。

public class MainThread {

public static void main(String[] args){

LiftOff launch = new LiftOff();

laucn.run();

}

}

更好的办法是交给Thread类来调度

public class BasicThreads{

Thread t = new Thread(new LiftOff());

t.start();

System.out.println("Waiting for LiftOff");

}

在这个例子中，start()方法执行之后返回，之后输出main()主线程中的waiting for liftoff，run()在另一个线程最后执行完成。

7. 总结

通过本文的学习，相信读者对并发的基本概念，并发基本的实现原理，以及java多线程对于线程的创建有了初步的了解。在本系列的后续部分将会继续探讨并发编程中的细节。

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