<基础-1> java并发编程基础

一、 java并发编程基础
1.1 程序、进程和线程
1.程序是静态的概念，是一组指令的集合，是永久的。可以比作是电影的胶片。
2.进程是动态的概念，是程序及其数据在计算机上的一次执行，有创建到消亡的生命周期。可以比作是一次胶片放映的过程。一个程序可以被多个进程执行，一个进程也可以执行多个程序。
单道程序具有封闭性（所谓封闭性就是程序一旦运行，结果就只取决于程序本身，后面我们还会看到，线程封闭可以作为一种线程安全的技巧应用到多线程中），顺序性和可再现性（可再现性指程序在同一数据集上执行结果总是一样的）。为了提高计算机系统内各种资源的使用效率，引入了多道程序设计，多道程序主要体现在（1）资源共享和（2）并发性上面，后面几篇我会不断强调就是因为这两个特性才可能导致线程不安全，破坏任意特性都可以保证多线程的安全性。多道程序不再具有封闭性和再现性。

进程通常由三部分组成，程序、数据集合和进程控制块（PCB, process control block）。Pcb是进程动态特性的集中表现，主要包含进程调度信息和现场信息，调度信息包括进程名，进程号，优先级等；现场信息主要包含程序状态字，时钟寄存器等。总之，每个进程都有自己独立的代码和数据空间，独立的程序计数器等上下文环境，进程切换的开销是比较大的。

操作系统依据进程控制块对进程控制和管理。
操作系统中往往设计一些能完成特定功能且不可中断的过程。这些不可中断的过程称为原语。用于控制进程的原语有：
1）创建原语。为一个程序分配一个工作区和建立一个进程控制块，并置该进程为就绪状态。
2）撤销原语。一个进程完成工作后，收回它的工作区和进程控制块。
3）阻塞原语。进程运行过程中发生等待事件时，把进程状态改为等待态。
4）唤醒原语。当进程等待的事件发生时，把进程的状态改为就绪态。

创建一个进程大体分为以下几步：
1） 申请一个空白的PCB和唯一的进程号pid
2） 为新进程分配除CPU以外的资源，包括内存空间
3） 初始化PCB中的数据项
4） 将新进程的PCB插入系统的就绪队列
进程主要包括就绪，运行，阻塞三种状态，状态间可以转换：




3.线程是进程内的一个执行单元，也是进程内的可调度实体。一个线程是进程内的一个顺序控制流。一个程序至少有一个进程，一个进程至少有一个线程。
1）地址空间：进程具有自己独立的地址空间，线程共享进程的地址空间
2）资源拥有：进程是资源分配的基本单位，线程共享进程的资源
3）线程是CPU调度的基本单位，进程不是
4）线程和进程均可并发执行。线程的创建，通信和切换的开销比进程小很多，由此产生了线程。
线程本身不能独立运行，必须运行在进程中，使用进程的地址空间，每个线程拥有自己独立的程序计数器。

1.2 线程的创建
通常有三种方法创建线程（1）继承Thread类，重写run()方法。 （2）实现Runnable接口和run()方法，把实现体依附在Thread类上运行。（3）实现Callable接口,通过FutureTask依附在Thread上运行。后面后介绍后两者之间的区别。
这三种方法都是通过Thread类的start（）方法启动的，自动执行run方法，显式的调用run（）方法是不会启动一个线程的。
因为extends Thread实现线程会导致不能再继承其他类了，而implements Runnable还可以实现其他接口，所以一般都是采取实现Runnable接口（或Callable接口）来创建线程。步骤：
step1:实现接口

class MyThread implements Runnable
{
    public void run()
    {
        ...
    }
}

step2:创建线程对象

MyThread runnable = new MyThread();

step3:将Runnable对象关联到Thread

Thread thread = new Thread(runnable);

step4:启动线程

thread.start();

Jdk5.0开始提供了线程池api，可以通过工厂类Executors创建ExecutorService类型的线程池，然后调用execute(Runnbale target)方法执行线程体，最后调用shutdown()方法结束线程调用，一般服务器都需要线程池，如web服务器，ftp服务器。

上述线程（池）的创建可以很方便的找到例子。

1.3 线程的基本控制
线程创建后可以调用start启动，根据线程任务的特性和线程之间的协调性要求，需要对线程进行控制。通常是通过调用Thread对象的方法实现的。主要有sleep(), suspend(),resume(), join(), interrupt() 和stop()，一般情况下方法的调用会导致线程状态的切换。
注意：stop(), suspend(),resume()三个方法不推荐使用，推荐使用Object对象的wait/notify方法。
原因讨论可以参考：http://xiaohuabiao.blog.163.com/blog/static/138482182008111605814290/

（1） Thread.sleep()方法使当前线程暂停一段指定的时间。中断（interrupt）可以终止睡眠时间。
（2） Join()方法会让一个线程等待另一个线程执行终止（含义是：wait for this thread to die）。比如在t1线程中调用t2.join(),则t1线程会等待t2线程结束才开始运行自己的方法。也可以像sleep方法一样指定等待的时间。同样这个等待也可以被中断。
（3） 使用中断interruput取消线程。已经启动的线程isAlive()方法返回true。有三种方法可以终止线程1）run方法正常返回 2）意外终止 3）应用程序终止。Interrupt可以在线程执行任务结束之前取消线程，其实不是真正的停止线程。调用这个方法时线程自己会检测线程状态，只是设置isInterrupted标志为true, 不会中止后面的代码。但如果是线程在调用wait，sleep等方法时调用interrupt()则会中断这个等待并抛出InterruptedException异常，程序员可以根据异常终止线程的处理。
还可以参考：http://polaris.blog.51cto.com/1146394/372146
（4） stop方法会强迫线程停止，但方法本身是不安全的，比如线程中的对象处在不一致的状态下。该方法已经废弃了。