Java并发编程的“基石”——多线程概念初识
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第1章 踏上Java并发征途
1-1 课程概览
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晦涩难懂的概念：
- 线程、进程
- 串行、并行、并发
- 多线程、高并发
- 同步异步、阻塞非阻塞
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问题
- 线程和进程有什么不同？
- 并行和并发有什么区别？
- 多线程是不是就是高并发？
- 同步阻塞 和 异步非阻塞 的关系？
1-2 从思维导图看并发脉络
第2章 孪生兄弟：进程和线程
2-1 什么是进程？实操案例：用活动监视器看正在运行的各进程
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操作系统是包含多个进程的容器，而每个进程又都是容纳多个线程的容器
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进程：是程序（这里可以理解为我们写的代码）的真正运行实例，是资源分配的基本单位。
2-2 什么是线程？实操案例：用代码演示线程数量的实时变化
- 线程：是CPU的基本调度单位，每个线程执行的都是进程代码的某个片段。
/**
* Date: 2020/3/12 10:43
* Content: 创建100个进程，用活动监视器的CPU栏目看JAVA线程数量的变化，10秒后线程消失
*/
public class Create100Threads {
public static void main(String[] args) {
for (int i = 0; i < 100; i++){
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
try{
Thread.sleep(5000);
} catch (InterruptedException e){
e.printStackTrace();
}
}
}).start();
}
}
}
2-3 线程和进程有哪6个不同？生活用例：房子与住户
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起源不同
- 先有进程，后有线程（线程的出现目的是提高CPU的利用效率）
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概念不同
- 进程：是程序（这里可以理解为我们写的代码）的真正运行实例，是资源分配的基本单位。
- 线程：是CPU的基本调度单位。
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内存共享方式不同
- 不同进程间的内存通常是不共享的，除非使用进程间通信IPC
- 两个线程之间通信起来很容易
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拥有的资源不同
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线程资源少于进程资源
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线程之间共享的内容包括：
- 1.进程代码段
- 2.进程的共有数据（利用这些共享的数据，线程很容易实现相互的通讯）
- 3.进程打开的文件描述符
- 4.信号的处理器
- 5.进程的当前目录
- 6.进程用户ID与进程组ID
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线程之间独有的内容包括：
- 1.线程ID
- 2.寄存器组的值
- 3.线程的堆栈
- 4.错误返回码
- 5.线程的信号屏蔽码
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数量不同
- 一个进程可以对应多个线程
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开销不同
- 线程的创建、终止时间比进程段
- 同一进程内的线程切换时间比进程之间切换时间短
- 同一进程内的线程共享内存和文件资源，可以不通过内核进行通信
- 相似点：生命周期
2-4 Java和多线程的渊源-代码演示JVM自启动线程，分析它们的作用
/**
* Date: 2020/3/12 11:16
* Content: 即使代码中不显示创建线程，在运行main时，JVM也会自动启动其他的线程
*/
public class JavaAndThreads {
public static void main(String[] args) {
System.out.println("Hello Threads!");
}
}
- main 主线程，用户程序的入口
- Finalizer 负责对象的finalize()方法
- Reference Handler 和GC、引用相关的线程
- Signal Dispatcher 把操作系统发来的信号分发给适当的程序
第3章 多线程比线程复杂在哪里？
3-1 什么是多线程？生活案例：”合租室友“和”吃火锅“
- 多线程：如果一个程序允许运行两个或以上的线程，那么它就是多线程程序。多线程是指单个进程中运行多个线程。
3-2 为什么需要多线程？3大原因
- 最主要目的：提高CPU利用率
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提高处理速度
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避免无效等待（IO的时候可以做别的事）
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提高用户体验：避免卡顿、缩短等待时间
- 并行处理，提高性能，通常是服务器领域（例如Tomcat），用多个线程去接收HTTP请求，而不是排队等待单一的线程处理
- 在Android开发中，主线程的重要任务之一是绘制屏幕界面，该线程中不允许进行IO操作或者网络请求，目的就是避免卡顿，影响用户的交互
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便于编程建模
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性能定律：摩尔定律失效，阿姆达尔定律上场
3-3 什么场景需要多线程？有哪些局限？
- 什么场景需要多线程？
- 为了同时做多件不同的事：（1）开网页同时听音乐（2）后台定时任务
- 为了提高工作效率、处理能力：（1）tomcat（2）并行下载（3）NIO
- 需要同时有很大并发量的时候：压测
- 有哪些局限？
- 性能问题：上下文切换带来的消耗
- 异构化任务（任务结构不一样）很难高效并行
- 带来线程安全问题：包括数据安全问题（例如i++总数不一致）以及线程带来的活跃性问题（线程饥饿、死锁）。
第4章 并行和并发傻傻分不清楚？
4-1并行和并发傻傻分不清楚？一图胜千言
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并行：真正地“同时”运行------在同一个时刻，有多个任务同时执行
- 例如，在多核处理器上，有两个线程同时执行同一段代码。
- 可见，单核处理器是无法实现并行的，因为单核处理器无法在同一时刻执行多个任务。
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并发：有两种概念：（1）形容多个任务的执行状态（2）对“并发性”的简称
- （1）形容多个任务的执行状态
- 两个或多个任务可以在重叠的时间段内启动，运行和完成
- 并行（两个或多个任务同时执行）一定是并发
- （2）对“并发性”的简称
- 不同的部分可以无序或同时执行，且不影响最终的执行结果
- （1）形容多个任务的执行状态
4-2 是什么让并发和并行成为了可能？
- CPU升级
- 操作系统升级
- 编程语言升级
第5章 高并发只是并发的升级版吗？
5-1 什么是高并发？企业案例：双11、春晚
- 高并发：同时有很多请求发送给服务器系统，服务器进行并行处理
5-2 高并发和多线程的关系？相互成就
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高并发 是一种 状态，多线程 是一种解决方案
多线程是我们解决 高并发这个问题 的一种解决方案
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高并发 并不意味着是 多线程：Redis
5-3 高并发有哪些重要指标？
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QPS（Queries Per Second）：每秒钟查询数，又是也延伸为每秒钟请求数
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带宽
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PV（Page View）：24小时的页面访问（点击）量
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UV（Unique Visitor）：24小时的访问的用户量
IP和UV的区别：比如断线重连，IP变了，但cookie未变，多个IP对应一个UV；同一局域网中对外只有一个IP，但局域网内不同设备cookie不一样，多个UV对应一个IP
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并发连接数（The number of concurrent connections）
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服务器平均请求等待时间（Time per request：across all concurrent requests）
第6章 你真的懂同步与异步？阻塞与非阻塞？
6-1 一图胜千言：同步、异步是什么含义？
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同步异步是指被调用者（也就是服务器）的行为，而不是请求方的行为。
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同步：在没有得到结果之前，服务端就不返回任何结果。
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异步：调用发出之后，服务端会立刻返回，告诉调用方“我收到你的请求了，我会处理的”。
一个例子：最原始的方式烧水，我们需要不停的查看水是否开了—>同步
用现在的水壶烧水，直接上电等到水开水壶会响—>异步
6-2 4中组合：同步阻塞、同步非阻塞、异步阻塞、异步非阻塞
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阻塞非阻塞是站在线程状态（线程发出请求（通常是HTTP请求））的角度
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阻塞：线程发出请求后只能等待，不能处理其他任何内容
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非阻塞：线程发出请求后只能等待，能处理其他内容
| 堵塞 | 非堵塞 | |
|---|---|---|
| 同步 | 同步堵塞 | 同步非堵塞 |
| 异步 | 异步堵塞 | 异步非堵塞 |
还是6-1烧水的例子：
同步阻塞：我们需要检查水是否开了（同步），我们只能等待（阻塞）
同步非阻塞：我们需要检查水是否开了（同步），我们可以去做其他事情，比如看电视，每隔三分钟检查一次水是否开了（非阻塞）
异步阻塞：水开之后会提醒我们（异步），我们只能等待（阻塞）
异步非阻塞：水开之后会提醒我们（异步），我们可以去做其他事情（非阻塞）
第7章 面试问题检验学习成果
7-1 常见面试问题
- 进程 和 线程 的相同和不同？
- 并行 和 并发 的异同？
- 高并发 是不是就意味着 多线程？有什么反例？
- 多线程可以提高程序执行效率，你知不知到有哪些弊端？
- 什么是同步，什么是异步，什么是阻塞，什么是非阻塞？
- 在单核CPU上运行多线程程序有意义吗？