java使用多进程 java实现多进程

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梦断蓝桥魂 2023-08-29 13:31:10

文章标签 java使用多进程多线程 System 多进程 文章分类 Java 后端开发

本文章目录：

进程与线程的概念
两者的优缺点和对比
多线程的使用
–两种创建的方式：Thread 和 Runnable
–两种启动的方式：start 和 run
–多线程的关闭
多线程信息共享
多线程的管理
锁浅谈

该视频讲漏的知识点（对比我知道的）：
1.volatile：解决共享变量突破上下限的

简单来说下多进程的实质概念：

OS（操作系统）将CPU的使用时间分成N多极其短暂的时间片段，例如几纳秒几微秒，然后分配给多个进程。

（这里指单核的情况下）实质上是串行依次进行多个任务。因为CPU交替间隔太短，造成了同时进行的错觉。
多核自然就能实现真正意义的并行多进程任务，多个嘛

简单概括就是：OS把CPU的心掰成很多片，给了多个人（进程），轮流使用

多进程的优点：

同时运行多个任务
但某个程序被IO堵塞时，可以释放CPU给其他进程使用

多进程的缺点：

太笨重，不好管理，也不好切换

多线程的概念：

————多线程是对多进程的优化方案

线程简单讲就是降低了量级的小进程，它是将单个进程进行进一步分化，更加合理的利用CPU资源

多线程是把创造它的进程当作小OS，这样就可以实现单进程下的多线程串行、并行任务

注意：（单核下）多线程的并行任务本质上也和多进程一样，都是CPU的串行执行，不是同时执行！！！

多线程存在的好处：

资源利用: 不会造成当程序某个模块IO堵塞时，就立马释放整个进程的CPU，直接切换进程，造成极大浪费资源（进程笨重），而是会继续停留在该进程执行其他线程。
执行效率: 在执行同样数量的任务时，单进程多线程和单进程单线程相比，显然多线程更快，并行比串行快

多进程和多线程的对比：

量级方面： 线程更轻量级，更容易管理和切换，CPU切换的代价小
数据共享：（同个进程下）多线程可以共享数据（同个运行空间），通讯更高效。而多进程之间的数据一般不能共享和通讯。

概念终于理清了

多线程的使用

一、创建新线程：

继承java.lang.Thread类：
可以直接new ，即 new 继承类的类名.start()；
实现java.lang.Runnable接口：
不能直接new启动，必须依赖Tread类，即new Thread（new 实现接口类的类名.start() ）；

两种方式都要实现run方法

用Thread 和 Runnable 创建的对比：

Runnable的唯一缺点： 需要Thread类的支持，即无法直接new 启动
Runnable不需要占用继承的名额（单继承，多接口）
Runnable实现数据共享更容易：Runnable普通变量就可以共享，而Thread方式必须static变量才能共享

建议使用实现Runnable接口方式来完成多线程

题外话——java的四大接口：

Comparable：用于对象比较
Runnable：用于对象线程化
Serializable：用于对象序列化
Clonable：用于对象克隆

共享资源又称为临界资源

二、多线程启动

多线程启动的两种方式：
————————————易错处

利用start方法启动：会自动以新线程启动，是并行运行
直接执行run方法：将变成串行执行！（这样和单线程差不多）

简单讲就是run启动的直接就是直线执行代码！被run启动的线程不结束，就不会执行该线程之后的代码（即串行）

注意点：

一个线程只能有0或者1个start方法
多个线程的启动顺序是随机的（真正意义上的，只能确定main线程是最先启动）

三、多线程的关闭：

run方法结束后，系统自动关闭
程序(进程) 结束：当所有线程（包括main线程）都结束，程序才结束
手动关闭：~~stop（）~~

注意点：main线程结束不等于程序结束，其他线程也可以继续单独进行

四、多线程信息共享（重点）

这里有个概念：

粗粒度：子线程与子线程之间、子线程与main线程缺乏交流，没有同步协调操作，如信息不共享
细粒度：线程之间有交流，有同步协调操作，最简单的体现就是信息共享

换句话说就是：线程之间没有信息共享，就是粗粒度，有就是细粒度

信息共享方法：

通过共享变量实现信息共享
~~MPI并行库实现线程之间直接互发消息~~ （MPI是C/C++的并行库，java原生库并不支持这种形式。题外话：MPI是高性能计算的主要模型）

共享变量：

static变量： 大家都懂，静态嘛，略。（继承Tread方式的只能使用这种static变量达到共享！）
同一Runnable里的成员变量，即实现了Runnable接口的类同一个实例的成员变量都可以共享

注意点：如果是同一Runnable类的不同实例，那么他们的成员变量是不共享的！！！必须同一个Runnable类的同一个实例

这里暂时忽略数据同步的问题

public class ThreadDemo {
    public static void main(String[] a){
        ThreadRun r1 = new ThreadRun();
        new Thread(r1).start();
        new Thread(r1).start();
        new Thread(r1).start();
        new Thread(r1).start();
    }
}

class ThreadRun implements Runnable{
    private int tickets = 200;

    @Override
    public void run() {
        while(tickets > 0){
            try{
                Thread.sleep(50);
            }catch (InterruptedException e){
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println("卖出门票一张，剩余："+ tickets--);
        }
    }
}

结果：

java使用多进程 java实现多进程_System

不同实例r1、r2，代码和结果如下，显然不能数据共享

public class ThreadDemo {
    public static void main(String[] a){
        ThreadRun r1 = new ThreadRun();
        ThreadRun r2 = new ThreadRun();
        new Thread(r1).start();
        new Thread(r2).start();
        new Thread(r1).start();
        new Thread(r2).start();
    }
}

class ThreadRun implements Runnable{
    private int tickets = 200;

    @Override
    public void run() {
        while(tickets > 0){
            try{
                Thread.sleep(50);
            }catch (InterruptedException e){
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println("卖出门票一张，剩余："+ tickets--);
        }
    }
}

java使用多进程 java实现多进程_java使用多进程_02

现在来解决一下数据不同步的问题

两方面下手（两种选一种就行）：

数据同步：共享变量加个volatile修饰符
关键步骤加锁：给代码块或者函数加synchronized修饰符

题外话——关键步骤加锁：

互斥：同一时间只能有一个线程执行该代码块或函数
同步：多个线程的运行必须按照某种规定的先后顺序来执行这个代码段
互斥是同步的一种特例，同步限制更严

synchronized会加大性能负担，但使用方便，是java里互斥的一种简单实现

数据加volatile：
该共享数据所有线程都能看到它的实时变化，就不会出现数据不同步的问题

代码块或函数加synchronized：
该代码块或者函数在同一瞬间只能让一个线程进入，不能同时被多个线程执行，数据就同步了

上面两种都要做的：在最后的临界资源语句（即加锁的地方）那里加判断条件，就不会出现数据上限或下限被突破的问题（第一张图片里的-1，-2）

synchronize使用注意点：

依赖单例对象锁： synchronize需要一个对象作为锁，而且这个对象是单例的，即不可重复synchronize（new 对象）
使用synchronize加锁方法或函数时，直接当修饰符用，不需要写对象锁：如果是静态的方法或函数，则锁是当前类，即默认synchronize（当前类名）；若是非静态的，那么对象锁就是this，即默认synchronize（this）

修改后的代码如下：

package com.company;

public class ThreadDemo {
    public static void main(String[] a){
        ThreadRun r1 = new ThreadRun();//必须同个实例才能共享
        new Thread(r1).start();
        new Thread(r1).start();
        new Thread(r1).start();
        new Thread(r1).start();
    }
}

class ThreadRun implements Runnable{
//    private volatile int tickets = 200;	//volatile和synchronize两个有一个存在就行
	private volatile int tickets = 200;
    String socket = "";     //锁
    @Override
    public void run() {
        while(tickets > 0){
            try {
                Thread.sleep(50);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            synchronized(socket) {      //这里是24行，synchronized依赖一个对象（任意），用该对象作为锁
                if (tickets>0){
                    System.out.println("卖出门票一张，剩余：" + --tickets);
                }
            }
            //24到28也可以换成注释的写法,下面的写法就不需要再重新new个对象当锁（例如上面的socket）
            //printStr();
        }
    }

//    public synchronized void printStr(){
//        if (tickets>0){
//            System.out.println("卖出门票一张，剩余：" + --tickets);
//        }
//    }


}

结果：

java使用多进程 java实现多进程_多线程_03

五、多线程管理

5.1、先了解下线程的状态：

1. NEW 刚创建: new
2. RUNNABLE就绪态：start
3. RUNNING运行中：run
4. BLOCK阻塞：sleep
5. TERMINATED结束

线程状态流程图：（借用别人网课的图，嘿嘿偷下懒，看不清的，去上面的视频链接自己看图）

java使用多进程 java实现多进程_java使用多进程_04

若有侵权请通知我，立马删

5.2、管理的内容实际上就两种：

信息共享： 上面说了，略
改变线程状态：改变自己线程或其他线程的状态，以达到想要的程序效果

改变线程状态：

新生态（NEW） ------> 就绪态（RUNNABLE）：利用start（）
就绪态 < ------> 运行态（互转）：OS 自己控制（这两个状态就暂时合称为活动期吧）
活动期 ------> 阻塞态(BLOCK)：~~suspend( )~~
阻塞(BLOCK) ------>活动期：~~resume( )~~
活动期------>TERMINATED（死亡态）：~~stop( )~~
阻塞(BLOCK) ------>TERMINATED（死亡态）：~~stop( )~~

被废弃的API：（不安全、旧的）

suspend( )：暂停
resume( )：恢复
stop( )：停止
distory( )：销毁

API解释：

join( )：等待另一个线程结束才运行
interrupt( )：向另一个线程发送中断信号，使他进入阻塞状态

管理分被动和主动两种方式

方式一：被动停止或恢复自身：在一个线程里用上述API管理另一个线程
方式二：主动停止或恢复自身：线程自身用上述API管理自身（实际上就是其他线程利用共享变量来告知另一个线程，间接让另一个线程停止或恢复活动，不直接干预）

被动管理是粗暴的且不受它自身控制的：有可能在被结束时，来不及释放自身持有的资源，或者来不及执行其他指定的结束操作！

5.3、线程的优先级
简简单单的就一句：线程名.setPriority(数值);

注意点：

优先级的设置范围是1到10，数值越大，越优先
优先级默认值是5
优先级必须在线程启动前设置
优先级只是减小或增大该线程抢夺到CPU的概率，并不是百分百决定线程先后的执行顺序

5.4、线程的礼让
        概念：强迫该线程放弃抢到的CPU资源，重新回到就绪态，继续抢CPU资源
        简单说就是强迫该家伙把到手的肥肉扔出去，重新去抢肥肉，美其名曰：孔融让梨。
        就一句：线程名.yield( )；

例子一（被动停止或恢复自身的线程）：
百度网盘——生产者与消费者例子的链接，点击直达
https://pan.baidu.com/s/1ClceQNd_vvDN5nza6MPxHg 提取码：rio1

例子二（主动停止或恢复自身的线程）：
线程主动管理的例子，点击直达
https://pan.baidu.com/s/1oX5pQMvqXlgFNVMhIpbA8Q 提取码：k77f

六、锁浅谈（极浅极浅的）

1.互斥锁：上面的synchronize

必须：需要一个对象锁（类也是对象）
其他：略

2.显式锁：ReentTranLock

lock( )：给后面代码加锁
unlock( ) ：线程归还锁，即解锁

import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

public class SimpleThreadDemo {
    public static void main (String[] a){
      //显式锁ReenTranLock
        ThreadTickets tickets = new ThreadTickets();
        Thread threadTickets1 = new Thread(tickets);
        Thread threadTickets2 = new Thread(tickets);
        Thread threadTickets3 = new Thread(tickets);
        threadTickets1.start();
        threadTickets2.start();
        threadTickets3.start();
    }
}


//显式锁例子
class ThreadTickets implements Runnable{
    ReentrantLock RTlock = new ReentrantLock();//实例化一个显式锁
    private int tickets = 200;
    @Override
    public void run() {
        while(tickets > 0){
            try {
                Thread.sleep(50);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }

            RTlock.lock();  //给后面的代码加锁
            if(tickets > 0){
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()
                        + "卖出门票一张，剩余：" + --tickets);
            }
            RTlock.unlock();    //线程归还锁，即解锁
        }
    }
}

3.死锁：
死锁就是在多线程里，自己需要的锁被被别的线程持有，而自己持有的锁是别的线程需要的，互相不放开已有的锁，互相卡住，导致彼此都是wait

简单说就是：A、B是邻居，A在B家里，B在A家里，两家的门都是锁的，但A、B赌气就是都不通过窗户扔手里的钥匙给对方，两人就都被锁住了。

import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

public class SimpleThreadDemo {
    public static void main (String[] a){
        //死锁例子
        Thread threadDead1 = new Thread(new ThreadDeadA());
        Thread threadDead2 = new Thread(new ThreadDeadB());
        Thread threadDead3 = new Thread(new ThreadDeadC());
        threadDead3.start();
        try {
            Thread.sleep(100);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        threadDead1.start();
        threadDead2.start();
    }
}
//死锁例子
class ThreadDeadA implements Runnable{
    @Override
    public void run() {
        try {
            synchronized ("钥匙1"){
                System.out.println("我是A,我有1号房钥匙，但我现在在2号房间,我不想给B钥匙");
                Thread.sleep(3500);
                System.out.println("我堂堂高贵的A，就算饿死在2号房间，我也不会先扔钥匙给B！");
                //解除下面四行的注释符，则死锁解开
//                Thread.sleep(4000);
//                System.out.println("我是A，这2号房也太多蚊子了，叮得老子浑身痒，受不了了，我就先扔钥匙给B吧");
//                Thread.sleep(2500);
//                "钥匙1".wait();
                synchronized ("钥匙2"){
                    System.out.println("我是A,我拿到2号房钥匙了，我出来了，终于不用被蚊子叮了，真香");
                }
            }
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}
class ThreadDeadB implements Runnable{
    @Override
    public void run() {
        try{
            synchronized ("钥匙2"){
                System.out.println("我是B,我有2号房钥匙，但我现在在1号房间, 我不想给A钥匙");
                Thread.sleep(1000);

                synchronized ("钥匙1"){
                    System.out.println("我是B,没想到半夜A睡觉前偷偷给我钥匙了。" +
                            "我拿到1号房钥匙了，我出来了");
                    Thread.sleep(3000);
                    System.out.println("两把钥匙对我也没用了，我就偷偷扔钥匙进去，" +
                            "弄点声音叫醒他吧，别让他继续困在里面了");
//                    "钥匙1".notify();     //随机叫醒一个拿过1号钥匙的人，不吵到别的邻居
                    "钥匙1".notifyAll();     //叫醒所有拿过1号钥匙的邻居们，不吵到别的邻居
//                    notifyAll();    //管他们睡不睡，老子就是想唱大河向东流
                }
            }
        }catch (InterruptedException e){
            e.printStackTrace();
        }
    }
}
class ThreadDeadC implements Runnable{
    public String c = "钥匙1";
    @Override
    public void run() {
        synchronized ("钥匙1"){
            try {
                System.out.println("我是路人C,我脚崴了,痛死我啦");
                "钥匙1".wait();
                Thread.sleep(2000);
                System.out.println("我是C，有神秘人救了我，是不是上帝？");
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

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