1-java并发编程-进程、线程和多线程

在Linux下我们可以通过命令来查看当前的进程

ps aux | less
进程的组成和状态

上一个例子可以看出,我们可以看到进程的一些信息。进程是由进程控制块、程序段、数据段三部分组成的。

1)就绪状态(Ready): 进程已获得除处理器外的所需资源,等待分配处理器资源;只要分配了处理器进程就可执行。就绪进程可以按多个优先级来划分队列。例如,当一个进程由于时间片用完而进入就绪状态时,排入低优先级队列;当进程由I/O操作完成而进入就绪状态时,排入高优先级队列。

2)运行状态(Running): 进程占用处理器资源;处于此状态的进程的数目小于等于处理器的数目。在没有其他进程可以执行时(如所有进程都在阻塞状态),通常会自动执行系统的空闲进程。

3)阻塞状态(Blocked): 由于进程等待某种条件(如I/O操作或进程同步),在条件满足之前无法继续执行。该事件发生前即使把处理器资源分配给该进程,也无法运行。

Windows下的进程
打开任务管理器->详细信息 我们就可以看到各个进程和pid

什么是线程

线程是进程内部的执行块,也是程序执行流的最小单元。
通常在一个进程中可以包含若干个线程,它们可以利用进程所拥有的资源,在引入线程的操作系统中,通常都是把进程作为分配资源的基本单位,而把线程作为独立运行和独立调度的基本单位.

为什么要使用线程?

进程的切换需要系统分配资源,在这期间会有一定的开销。由于线程比进程更小,基本上不拥有系统资源,故对它的调度所付出的开销就会小得多,能更高效的提高系统内多个程序间并发执行的程度。

下面是一个例子

    public class Main{
    public static void main(String[] args){
        System.out.println("Hello World!");
    }
}

上面这个Java程序,运行了一个Java的进程,然而这个进程里存在一个线程,就是这个Java程序的主线程。

事实上,一个Java程序中不单单由一个线程组成,这个我们后面再讨论。

榨干计算机的性能

在服务器端程序和图像处理中,需要并发:与用户端不同,服务器端程序一般需要承受很重的用户访问压力,并发是唯一出路,对于复杂的业务,并发更容易模仿出我们的现实世界。

到了2004年的时候,摩尔定律在CPU的计算性能上已经失效了,CPU开始向多核发展。著名的计算机科学家唐纳德说:“在我看来,并发是因为硬件设计者基本无计可施了,他们将摩尔定律失效的责任推脱给了软件开发者。”所以,并发就在一定程度上就是为了榨干计算机的性能,让计算机计算发挥到极致。

我们知道程序执行时有序的,比如我们计算1+1=2

public class Main{
    public static void main(String[] args){
        int a=1;
        int b=1;
        System.out.println(a+b);
    }
}

虽然我们表面上看到执行这个代码很简单,但是在计算机内部远不止这么简单的。那么我们首先从硬件的角度先了解一下计算机程序的执行,大致可以分为下面几步:

取指    IF
译码    ID
执行    EX
存储器访问    MEM
写回    WB
流水线,指令重排序

那么在之前的分析中我们发现,执行一次程序需要很多指令,每一个指令都代表了一个硬件的运作,当一个硬件运作结束了之后,这个硬件就可以被其程序使用,这样就成了流水线。

IF    ID    EX    MEM    WB
    IF    ID    EX    MAM    WB

但是如果流水线中断,那么再次满载就要好几个周期,效率就会极慢,为了减少中断流水线,防止效率降低,就采用了指令重排序。这里就不具体的说指令重排序了,字面上理解就是程序的乱序执行。那么问题又来了,程序乱序执行一定会带来一定的问题,其中很大的问题就是结果的不确定性,这也是并发的一个问题。

Java并发很大程度上应用了继承,这里我们先回顾一下继承的知识。
写一个类A,A中有方法abc,输出Hello,类B继承A,覆盖方法abc,使其输出World。实例:

public class A{
    public void abc(){
        System.out.println("Hello");
    }
}
public class B extends A{
    @Override
    public void abc(){
        System.out.println("World");
    }
}
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