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「JAVA」线程基础知识不牢固？别愁，我不仅梳理好了，还附带了案例

程序在没有流程控制的前提下，代码都是从上而下逐行依次执行的。基于这样的机制，如果我们使用程序来实现边打游戏，边听音乐的需求时，就会很困难；因为按照执行顺序，只能从上往下依次执行；同一时刻，只能执行听音乐和打游戏的其中之一。

为了解决这样的问题，在程序设计中引入了多线程并发。本文中的知识对 windows 、 mac 、 linux 系统都适用，但展示界面和功能名称上不太一样；相关的截图这里以 windows 为例。

并行和并发

并行和并发是两个很容易混淆的概念，他们在字面上理解起来可能没有很大的差异，但要放在计算机运行环境中来解释，两者是有很大区别的：

并行：多个事件在同一个时间点同时发生，是真正的同时发生；
并发：多个事件在同一时间段内在宏观上同时发生，而在微观上是CPU在多个事件上来回切换，但切换的时间很快，并不能被人眼捕获，因此在一段人类可以观察到的时间内，多个事件是同时发生的；

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操作系统的运行环境中，并发指的就是一段时间内宏观上多个程序在同时运行；在单 CPU 的环境中，微观上每一个时刻仅有一个程序被 CPU 执行（也就是仅有一个程序获得了 CPU时间片 ）， CPU 是在多个程序之间来回交替执行，也就是给每个程序的运行时间进行调度，从而实现多个程序的并发运行。

随着计算机硬件的不断发展，现如今的计算机一般都是有多个 CPU 的，在这样的多个 CPU 的环境中，原本由单个处理器运行的这些程序就可以被分配给多个 CPU 来运行，从而实现真程序的并行运行，无论从宏观上，还是微观上，程序都是同时运行的。这样，程序的运行效率就会大大提高。

PS：CPU时间片就是CPU分配给每个程序的运行时间。

在买电脑的时候，电脑厂商宣传的“几核处理器”，其中“核”表示的是 CPU 有几个物理核心，能够并行处理几个程序的调用。想要知道自己电脑是几核的，可以打开“任务管理器”来查看。

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也可以通过计算机属性、设备管理器来查看。所以，单核处理器是不能并行运行多个任务的，只能是多个任务在单核处理器中并发运行，我们把每个任务用一个线程来表示，多个线程在单个处理器中的并发运行我们称之为线程调度。

从宏观上讲，多个线程是并行运行的；从微观上讲，多个线程是串行运行的，也就是一个线程一个线程的运行；如果对这里的宏观和微观不太好理解的话，可以把宏观看作是站在人的角度看待程序运行，把微观看作是站在 CPU 的角度看待程序运行，这样就好理解多了。

线程和进程

进程：进程是指一个在内存中运行的应用程序，每个进程在内存中都有一块独立的内存空间。每个软件都可以启动多个进程。

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线程：线程指的是进程中的一个控制单元，也就是进程中的每个单元任务，一个进程中可以有多个线程同时并发运行。

多进程指的是操作系统中同时运行的多个程序，多线程指的是同一个进程中同时运行的多个任务。操作系统中运行的每个任务就是一个进程，进程中的每个任务就是一个线程；操作系统就是一个多任务系统，它可以有多个进程，每个进程又可以有多个线程。

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线程和进程的区别：

CPU

线程调度：计算机单个 CPU 在任意时刻只能执行一条计算机指令，每个进程只有获得 CPU 使用权才能执行相关指令；

多线程并发，其实就是运行中各个进程轮流获取 CPU 的使用权来分别执行各自的任务；在多进程的环境中，会有多个线程处于等待获取 CPU 使用权的状态中，为这些等待中的线程分配 CPU 使用权的操作就成为线程调度。

线程调度分为抢 占式调度 和 分时调度 。

抢占式调度 ：多个线程在瞬间抢占 CPU 资源，谁抢到谁就运行，有更多的随机性；
分时调度 ：为等待中的多个线程平均的分配 CPU 时间片；

Java 的多线程中线程调度就是使用抢占式调度的。

多线程

多线程和单线程，就好比多行道和单行道，多行道可以有多辆车同时行驶通过，而单行道只能是多辆车按顺序依次行驶通过；多线程同时有多个线程并发运行，单线程只有单个线程对多个任务按顺序依次执行。

如果以下载文件为例：单线程就是只有一个文件下载的通道，多线程则是同时有多个下载通道在下载文件。当服务器提供下载服务时，下载程序是共享服务器带宽的，在优先级相同的情况下，服务器会对下载中的所有线程平均分配带宽：

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宽带带宽是以位（ bit ）来计算的，而下载速度是以字节（ byte ）计算的， 1 byte = 8 bit ，故 1024KB/s 代表的是上网宽带为 1M （ 1024 千位），而下载速度需要用 1024KB/s 除去 8 ，得出 128KB/s 。

多线程是为了同步完成多项任务，是为了提高系统整体的效率，而不能提高程序代码自身的运行效率。

多线程的优势：多线程作为一种多任务、高并发的运行机制，有其独到的优势所在：

进程之间不能共享内存空间，但是线程之间是可以的（通过堆内存）；
创建进程时，操作系统需要为其重新分配系统资源；而创建线程耗费的资源会小很多，在实现多任务并发时，相比较于多进程，多线程的效率会高很多；
Java 语言内置了对多线程的支持，而不仅仅是简单的调用底层操作系统的调度； Java 对多线程的支持也很友好，能大大简化开发成本；

创建进程

在 Java 中创建进程可通过两种方式来实现：

1. 通过 java.lang.Runtime 来实现，示例代码如下：

public  static  void  main(String  []args)  throws  IOException  {  
        // 方式一：通过通过java.lang.Runtime来实现打开 cmd  
        Runtime runtime =  Runtime.getRuntime(); 
        runtime.exec("cmd");  
}

2. 通过 java.lang.ProcessBuilder 来实现，示例代码如下：

public  static  void  main(String  []args)  throws  IOException  {  
        // 方式二：通过通过java.lang.ProcessBuilder来实现打开 cmd
        ProcessBuilder pb =  new  ProcessBuilder("cmd"); 
        pb.start();  
}

创建线程

一、通过继承 Thread 类创建线程；需要注意的是：只有 Thread 的子类才是线程类；

新创建一个类继承于 java.lang.Thread ；
在新建的 Thread 子类中重写 Thread 类中的 run 方法，在 run 方法中编写线程逻辑；
创建线程对象，执行线程逻辑；

public  class  ExtendsThreadDemo  {  
          public  static  void  main(String  []args)  {  
                 for  (int i =  0; i <  50; i++)  {  
                         System.out.println("主线程"  + i);  
                         if  (i ==  13)  {  
                              NewThread newThread =  new  NewThread(); 
                              newThread.start();  
                          }  
                  }  
            }  
}  

// 新线程类  
class  NewThread  extends  Thread  {  
        @Override  
         public  void  run()  {  
                for  (int i =  0; i <  50; i++)  {  
                      System.out.println("新线程"  + i);  
                }  
          }  
}

二、通过实现 Runnable 接口创建线程；需要注意，这里的 Runnable 实现类并不是线程类，所以启动方式和 Thread 子类会有所不同；

新创建一个类实现 java.lang.Runnable ；
在新建的实现类中重写 Runnable 类中的 run 方法，在 run 方法中编写线程逻辑；
创建 Thread 对象，传入 Runnable 实现类对象，执行线程逻辑；

示例代码如下：

public class ImplementsRunnableDemo {
    public static void main(String []args) {
        for (int i = 0; i < 50; i++) {
            System.out.println("主线程" + i);
            if (i == 13) {
                Runnable runnable = new NewRunnableImpl();
                Thread thread = new Thread(runnable);
                thread.start();
            }
        }
 
    }
}

// 新线程类
class NewRunnableImpl implements Runnable {
 
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 50; i++) {
            System.out.println("新线程" + i);
        }
    }
}

三、使用匿名内部类创建线程，使用接口的匿名内部类来创建线程，示例代码如下：

// 使用接口的匿名内部类
public class AnonymousInnerClassDemo {
 
    public static void main(String []args) {
        for (int i = 0; i < 50; i++) {
          System.out.println("主线程" + i);
          if (i == 13) {
            new Thread(new Runnable() {
              @Override
              public void run() {
                for (int j = 0; j < 50; j++) {
                  System.out.println("新线程" + j);
                }
              }
            }).start();
          }
        }
    }
}

当然了，也可以使用 Thread 类的匿名内部类创建线程，不过这样的方式很少使用；示例代码如下：

// 使用Thread类的匿名内部类 
public class AnonymousInnerClassDemo {
 
    public static void main(String []args) {
        for (int i = 0; i < 50; i++) {
          System.out.println("主线程" + i);
          if (i == 13) {
            new Thread() {
              @Override
              public void run() {
                for (int j = 0; j < 50; j++) {
                  System.out.println("新线程" + j);
                }
              }
            }.start();
          }
        }
    }
}

多线程案例

案例需求：六一儿童节，设置了抢气球比赛节目，共有 50 个气球，三个小朋友小红、小强、小明来抢；请使用多线程技术来实现上述比赛过程。

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一、使用继承 Thread 类的方式来实现上述案例；示例代码如下：

public class ExtendsDemo {
    public static void main(String []args) {
 
        new Student("小红").start();
        new Student("小强").start();
        new Student("小明").start();
 
    }
}

class Student extends Thread {
 
    private int num = 50;
    private String name;
    public Student(String name) {
        super(name);
        this.name = name;
    }
 
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 50; i++) {
            if (num > 0) {
                System.out.println(this.name + "抢到了" + num + "号气球");
                num--;
            }
        }
    }
}

通过查看输出结果，发现一个问题：每个小朋友都抢到了 50 个气球，这和原本只有 50 个气球相矛盾了；不过别急，我们可以使用第二种方式： 使用实现接口的方式来实现上述案例 来解决。

二、使用实现接口的方式来实现上述案例；示例代码如下：

public class ImplementsDemo {
    public static void main(String []args) {
        Balloon balloon = new Balloon();
        new Thread(balloon, "小红").start();
        new Thread(balloon, "小强").start();
        new Thread(balloon, "小明").start();
    }
}

// 气球
class Balloon implements Runnable {
 
    private int num = 50;
 
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 50; i++) {
        if (num > 0) {
          System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "抢到了" 
                     + num + "号气球");
          num--;
        }
        }
    }
 
}

在该案例中我们是用了 Thread.currentThread() 方法，该方法的作用是返回当前正在执行的线程对象的引用，所以当前正在执行的线程对象的名称就可以这样来获取： String name = Thread.currentThread().getName(); 。

通过查看该案例的打印结果，不难发现：三个小朋友一共抢到了 50 个气球，符合了需求中规气球总共有 50 个的要求。我们再来分析主函数中的代码，发现是因为3个线程共享了一个 Balloon 对象，该对象中的气球数量就在 50 个。

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