java虛擬機(jī)中多線程總結(jié)

我記得最開始接觸多進(jìn)程，多線程這一塊的時(shí)候我不是怎么理解，為什么要有多線程?。慷嗑€程到底是個(gè)什么鬼??？我一個(gè)程序好好的就可以運(yùn)行為什么要用到多線程??？反正我是十分費(fèi)解，即使過了很長時(shí)間我還是不是很懂，聽別人說過也自己試過，但總是沒有理解透徹；

時(shí)間過了很久感覺現(xiàn)在對多線程有了一點(diǎn)新的理解，我們還是從最基本的開始，順便看看從jvm的角度看看多線程在jvm中是怎么分配內(nèi)存的，順便和前面的幾篇內(nèi)容串一下；

1.現(xiàn)實(shí)中的多線程

舉個(gè)例子：假如你一個(gè)人在家，你現(xiàn)在聽首歌5分鐘，燒開水需要10分鐘，玩一局游戲要20分鐘，現(xiàn)在問題來了，你完成這三件事總共需要多少分鐘？

假如是小學(xué)生肯定會回答5+10+20=35分鐘啊，但我們比小學(xué)生牛一點(diǎn)，稍微思考一下就知道是20分鐘，因?yàn)槿驴梢酝瑫r(shí)做嘛，玩游戲的同時(shí)可以聽歌，順便燒開水，一把游戲打完，歌聽完了，水也燒開然后可以去泡茶了，舒服！

我們用一個(gè)比較簡陋的圖看看這兩種方式（這里先不考慮并發(fā)與并行的區(qū)別，方便理解）

可以粗略的看到如果是小學(xué)生的話，要一件事一件事的做，最后花的時(shí)間是三者時(shí)間總和；而我們比較聰明，由于三件事互不影響，我們可以三件事同時(shí)開始做，這樣就大大減少了不必要的等待時(shí)間，最終三者花費(fèi)的時(shí)間差不多就是最長的那一個(gè)。

這里稍微提一下并發(fā)和并行的區(qū)別；

并發(fā)：這個(gè)是在計(jì)算機(jī)單核CPU的前提之下，我們要清楚一個(gè)CPU在某一時(shí)刻只能做一件事，但是現(xiàn)在有三件事（聽歌，燒開水，玩游戲）交給CPU做，CPU是個(gè)好人，任勞任怨，一下子去聽歌，一下子去燒開水，一下子玩游戲，最終可以把三件事都給做完，但是假如同時(shí)有幾百件事交給CPU做呢？emmmm，最后CPU就被累垮了，住院去了，于是我們計(jì)算機(jī)也卡死了；舉個(gè)最貼近我們的例子：以前上學(xué)的時(shí)候作業(yè)太多，很多時(shí)候都是很多科目的作業(yè)都沒有做完，那怎么辦呢？只有早上去早點(diǎn)去抄一下同學(xué)的，但是各個(gè)課代表來收作業(yè)了，于是只能這個(gè)科目作業(yè)抄一點(diǎn)馬上又把另外一個(gè)科目作業(yè)抄一點(diǎn)，瑪?shù)?，最后終于在規(guī)定時(shí)間都抄完了，可是假如你有100個(gè)科目的作業(yè)沒做完，你會怎么辦？用命去抄也抄不完了，于是你就累病了。。。。

并行：多核CPU的前提，現(xiàn)在一個(gè)電腦都有多個(gè)CPU，那么CPU同時(shí)就可以做多件事，即使事情再多，多個(gè)CPU進(jìn)行切換最終花費(fèi)的時(shí)間確實(shí)大大減少；還是說說上面抄作業(yè)的例子，假如你現(xiàn)在有10門科目的作業(yè)沒做完，就靠你一個(gè)頭腦一只手肯定來不及??！于是這個(gè)時(shí)候你喚醒了前世的記憶，原來你是哪吒轉(zhuǎn)世，特么的居然可以變成是三頭六臂，這得可以同時(shí)抄多少份作業(yè)啊?。?！一下子作業(yè)就做完了，舒服！但是這個(gè)時(shí)候作業(yè)科目太多的話你即使有三頭六臂也不夠用啊，而且相互之間的協(xié)調(diào)也就變成一個(gè)很重要的問題。

并發(fā)和并行就是這個(gè)意思，我們現(xiàn)在只關(guān)注并發(fā)，看看在單核CPU的計(jì)算機(jī)中一個(gè)程序是怎么運(yùn)行的？

2.進(jìn)程和線程

想想什么叫做進(jìn)程呢？我的理解就是程序進(jìn)入了內(nèi)存就是進(jìn)程，比如我們電腦桌面雙擊QQ，優(yōu)酷，java虛擬機(jī)等，操作系統(tǒng)就會把這些軟件的內(nèi)容加載到內(nèi)存中去運(yùn)行去了，然后就是運(yùn)行某編程語言寫的代碼，轉(zhuǎn)化為機(jī)器碼調(diào)用操作系統(tǒng)的接口，然后操作系統(tǒng)的內(nèi)核會那些硬件驅(qū)動(dòng)程序發(fā)出一些指令，然后我們的電腦屏幕就出現(xiàn)變化了。。。我們簡單畫一畫圖，我們主要看JVM

我們再進(jìn)入JVM中看看，其中線程1、2、3就是我們在java代碼中要去實(shí)現(xiàn)的；

進(jìn)程：我們百度一下進(jìn)程的定義，最重要的一點(diǎn)就是進(jìn)程是操作系統(tǒng)資源分配的基本單位，因?yàn)槊繂?dòng)一個(gè)程序，一個(gè)進(jìn)程就創(chuàng)建了，在操作系統(tǒng)堆內(nèi)存空間上就開辟了一塊空間，也就是分配了資源。

線程：現(xiàn)在再來看線程，百度一下線程定義，其實(shí)就是說：進(jìn)程就是一個(gè)程序，這個(gè)程序之中可能會同時(shí)執(zhí)行多個(gè)任務(wù)的代碼，每一個(gè)任務(wù)就是一個(gè)線程，而且每一個(gè)線程都會在JVM中有自己獨(dú)立的java棧，pc寄存器，而且CPU只能切換線程，即使是不同程序的線程也可以相互切換。

這里就要說明一下，想比進(jìn)程和線程，創(chuàng)建一個(gè)進(jìn)程是要在操作系統(tǒng)內(nèi)存中去開辟空間，會涉及到對操作系統(tǒng)一些函數(shù)的調(diào)用，而創(chuàng)建一個(gè)線程（比如在JVM中）只需要在jvm中個(gè)部分開辟空間，相比較之下，肯定是創(chuàng)建線程所耗費(fèi)的操作系統(tǒng)資源比較少，但是也不可能無限制的創(chuàng)建很多線程，不然jvm也會出問題！

我隨便查了一下，一般的web服務(wù)器線程數(shù)最大不能超過CPU核數(shù)*50，如：8核 < 300，16核 < 800，根據(jù)實(shí)際情況還可以適當(dāng)調(diào)一下。

記得有句話叫做多個(gè)線程之間會競爭CPU資源這句話當(dāng)初我可是很久都沒有理解，這競爭CPU資源到底什么鬼？CPU的資源到底是什么??？emmmm..

記得以前家里比較窮，沒有像現(xiàn)在一樣手機(jī)電腦這么多，家里只有一個(gè)電視！但是有的時(shí)候家里人每個(gè)人喜歡看的節(jié)目都不一樣，于是不可避免的相互之間就為了爭這個(gè)遙控器而發(fā)生沖突，哈哈哈！這個(gè)時(shí)候遙控器就相當(dāng)于CPU，我們每個(gè)人都相當(dāng)于一個(gè)線程要完成自己的事情。但是遙控器就一個(gè)，就會相互搶遙控器，有的時(shí)候我搶過來遙控器看火影忍者沒到一分鐘，就被我姐搶去看美食節(jié)目，沒過一會兒遙控器就被我爸搶去看新聞去了。。。。。

3.java中的多線程用法

java之中用多線程主要是3種方式：類，接口，線程池，接下來我們就隨意看一下這三種方式

3.1.類

這種方式主要是繼承Thread類，實(shí)現(xiàn)run（）方法，run（）方法就是我們所需要做的任務(wù)的邏輯代碼，然后將這個(gè)類實(shí)例化調(diào)用start（）方法，表示現(xiàn)在這個(gè)線程隨時(shí)可以被CPU調(diào)用；

我還是以上面玩游戲，燒開水和聽歌為例，隨意寫個(gè)小例子：

注意：這里先不看GC，前臺線程有四個(gè)線程，我們創(chuàng)建的三個(gè)，還有執(zhí)行main方法的這個(gè)線程（這個(gè)也叫主線程），我們只能保證主線程最優(yōu)先運(yùn)行，至于這四個(gè)線程哪個(gè)先停止，隨機(jī)。。。

3.2.接口

這種方式也差不多，實(shí)現(xiàn)Runnable接口，實(shí)現(xiàn)其中的run（）方法，然后實(shí)例化這個(gè)對象并傳入Thread類中，再調(diào)用start（）方法；

3.3.線程池

什么是線程池呢？你看看我們上面寫的創(chuàng)建線程的方法，都是用的時(shí)候就去創(chuàng)建，用完了就銷毀，下次又要用就又去創(chuàng)建，這種做法很不好，因?yàn)槊看蝿?chuàng)建和銷毀線程都是很消耗jvm內(nèi)部資源的，因?yàn)樵趈vm內(nèi)部會進(jìn)行申請空間，分配空間和釋放空間各種操作，對jvm的性能會有一定的影響，而且假如某個(gè)特殊的情況下每個(gè)線程只會運(yùn)行很短的時(shí)間就會結(jié)束，那么就會十分頻繁的常見和銷毀線程，導(dǎo)致在jvm中頻繁的申請和釋放內(nèi)存，這極大的影響jvm的運(yùn)行性能。

但是啊，如果我們能在程序啟動(dòng)的時(shí)候，就先創(chuàng)建一定數(shù)量的線程放在一個(gè)池子里，我們要用的話就去拿，用完了就再放到池子里，這樣就很好的避免了創(chuàng)建和銷毀線程的過程，這種方式比較友好；其中這個(gè)存放線程的池子就叫做線程池，接下來我們隨意看看線程池的用法：

順便一提，利用線程池執(zhí)行線程任務(wù)有兩種方式，一種是我們用的pool.execute(xxxx)，另外一種是pool.submit(xxxx)，用法和參數(shù)都一樣，區(qū)別是用submit（）提交內(nèi)部其實(shí)還是調(diào)用execute（），而且還可以獲取線程執(zhí)行后的返回值，后面我們會分析到的；

線程池起到一個(gè)類似緩沖的作用，它可以對池子中的線程數(shù)目進(jìn)行控制，想想，假如我們程序直接創(chuàng)建線程那可能會由于創(chuàng)建線程太多導(dǎo)致jvm崩潰，但是我們有一個(gè)確定容量的池子，我們不用擔(dān)心這個(gè)池子會炸了，我們只需要從池子里拿就好了，至于拿不拿得到的問題后面我們會好好分析的； 

3.4.看看Callable接口

這個(gè)接口干嘛的呢？有了Runnable接口了，還要這個(gè)接口干嘛？

不知道有沒有注意到那個(gè)Runnable接口的run()方法是沒有返回值的，也就是說我們只能把任務(wù)交給這個(gè)線程去做，但是做了之后有沒有成功，線程是否異常我們都是不知道的，于是才有了Callable接口，這個(gè)接口就是對Runnable接口的一個(gè)補(bǔ)充，這個(gè)接口的實(shí)現(xiàn)類中沒有run（）方法，卻有一個(gè)call（）方法用于執(zhí)行我們的任務(wù)邏輯，而且還能有返回值，并且能拋出異常等

順便一提，返回值已經(jīng)被封裝成一個(gè)Future<T>類型的了，我們只需要從這個(gè)Futrue中取到返回值就可以進(jìn)行后續(xù)操作了，有興趣的可以看看Futrue這個(gè)包裝類中有哪些方法可以試試，反正我暫時(shí)是沒什么興趣的。。。。

4.多線程下的jvm內(nèi)存結(jié)構(gòu)

初學(xué)者學(xué)多線程其實(shí)最迷糊的一點(diǎn)就是多線程的程序中，jvm是什么樣的啊？還是向以前那樣分嗎？到底多線程這個(gè)東西在jvm中是怎么樣存在的呢？下面我們就來簡單看看；

我自己總結(jié)的一句話：一個(gè)線程一個(gè)棧，一個(gè)方法一個(gè)幀；

這句話的意思就是每創(chuàng)建一個(gè)線程就會創(chuàng)建一個(gè)棧，每調(diào)用一個(gè)方法就會在棧中壓入一個(gè)棧幀；

其實(shí)java棧是一個(gè)動(dòng)態(tài)的東西，不像我們前面看jvm內(nèi)存結(jié)構(gòu)就是一大塊java棧，里面可以有很多塊，一個(gè)線程一塊，總共合起來叫做java棧，我繼續(xù)來畫一個(gè)丑陋的圖看一看：

其實(shí)可以看到在我們java程序中用多線程的話，那么每一個(gè)線程都會創(chuàng)建一個(gè)棧，同時(shí)每個(gè)線程都有自己的PC計(jì)數(shù)器，而且每個(gè)棧都是該線程私有的，別的線程不能訪問；但是在java堆和方法區(qū)中的數(shù)據(jù)，是所有線程共享的，由于所有的線程都能夠使用共享區(qū)的數(shù)據(jù)，假設(shè)一個(gè)線程拿到堆中的一個(gè)A對象進(jìn)行修改但是需要的時(shí)間比較長，此時(shí)另一個(gè)線程也要拿到A對象進(jìn)行判斷然后做一些操作，這個(gè)時(shí)候就會出問題，因?yàn)榍耙粋€(gè)線程修改的數(shù)據(jù)還沒有同步過來，后面線程拿到的是舊數(shù)據(jù)，這個(gè)問題就是多線程的同步問題，后面我們慢慢分析；

 5.總結(jié)

其實(shí)初學(xué)者覺得多線程比較難，主要是因?yàn)椴焕斫舛嗑€程到底是什么？我們可以把多線程代碼用這種奇葩的形式看是不是明顯多了，其中主線程最開始執(zhí)行并創(chuàng)建自己的棧和PC計(jì)數(shù)器，一直到創(chuàng)建其他的三個(gè)線程并把分別調(diào)用start（）方法的時(shí)候，這些線程會隨機(jī)由CPU執(zhí)行以及切換線程，并且各個(gè)線程都會創(chuàng)建自己的棧和PC計(jì)數(shù)器；而堆和方法區(qū)的數(shù)據(jù)是共享的，這會導(dǎo)致出現(xiàn)線程同步問題；

注意：千萬不要覺得主線程比其他創(chuàng)建的線程要特殊，除了我們程序是由主線程開始之外，這些線程都是出于同一地位，很有可能首先是主線程執(zhí)行完畢，然后再執(zhí)行1、2、3這三個(gè)線程哦~~