带着新人看java虚拟机04（多线程篇）

　　我记得最开始接触多进程，多线程这一块的时候我不是怎么理解，为什么要有多线程啊？多线程到底是个什么鬼啊？我一个程序好好的就可以运行为什么要用到多线程啊？反正我是十分费解，即使过了很长时间我还是不是很懂，听别人说过也自己试过，但总是没有理解透彻；

　时间过了很久感觉现在对多线程有了一点新的理解，我们还是从最基本的开始，顺便看看从jvm的角度看看多线程在jvm中是怎么分配内存的，顺便和前面的几篇内容串一下；

1.现实中的多线程

　　举个例子：假如你一个人在家，你现在听首歌5分钟，烧开水需要10分钟，玩一局游戏要20分钟，现在问题来了，你完成这三件事总共需要多少分钟？

　　假如是小学生肯定会回答5+10+20=35分钟啊，但我们比小学生牛一点，稍微思考一下就知道是20分钟，因为三件事可以同时做嘛，玩游戏的同时可以听歌，顺便烧开水，一把游戏打完，歌听完了，水也烧开然后可以去泡茶了，舒服！

　　我们用一个比较简陋的图看看这两种方式（这里先不考虑并发与并行的区别，方便理解）

　　可以粗略的看到如果是小学生的话，要一件事一件事的做，最后花的时间是三者时间总和；而我们比较聪明，由于三件事互不影响，我们可以三件事同时开始做，这样就大大减少了不必要的等待时间，最终三者花费的时间差不多就是最长的那一个。

　　这里稍微提一下并发和并行的区别；

　　并发：这个是在计算机单核CPU的前提之下，我们要清楚一个CPU在某一时刻只能做一件事，但是现在有三件事（听歌，烧开水，玩游戏）交给CPU做，CPU是个好人，任劳任怨，一下子去听歌，一下子去烧开水，一下子玩游戏，最终可以把三件事都给做完，但是假如同时有几百件事交给CPU做呢？emmmm，最后CPU就被累垮了，住院去了，于是我们计算机也卡死了；举个最贴近我们的例子：以前上学的时候作业太多，很多时候都是很多科目的作业都没有做完，那怎么办呢？只有早上去早点去抄一下同学的，但是各个课代表来收作业了，于是只能这个科目作业抄一点马上又把另外一个科目作业抄一点，玛德，最后终于在规定时间都抄完了，可是假如你有100个科目的作业没做完，你会怎么办？用命去抄也抄不完了，于是你就累病了。。。。

　　并行：多核CPU的前提，现在一个电脑都有多个CPU，那么CPU同时就可以做多件事，即使事情再多，多个CPU进行切换最终花费的时间确实大大减少；还是说说上面抄作业的例子，假如你现在有10门科目的作业没做完，就靠你一个头脑一只手肯定来不及啊！于是这个时候你唤醒了前世的记忆，原来你是哪吒转世，特么的居然可以变成是三头六臂，这得可以同时抄多少份作业啊！！！一下子作业就做完了，舒服！但是这个时候作业科目太多的话你即使有三头六臂也不够用啊，而且相互之间的协调也就变成一个很重要的问题。

　　并发和并行就是这个意思，我们现在只关注并发，看看在单核CPU的计算机中一个程序是怎么运行的？

2.进程和线程

　　想想什么叫做进程呢？我的理解就是程序进入了内存就是进程，比如我们电脑桌面双击QQ，优酷，java虚拟机等，操作系统就会把这些软件的内容加载到内存中去运行去了，然后就是运行某编程语言写的代码，转化为机器码调用操作系统的接口，然后操作系统的内核会那些硬件驱动程序发出一些指令，然后我们的电脑屏幕就出现变化了。。。我们简单画一画图，我们主要看JVM

　

　我们再进入JVM中看看，其中线程1、2、3就是我们在java代码中要去实现的；

　

　　进程：我们百度一下进程的定义，最重要的一点就是进程是操作系统资源分配的基本单位，因为每启动一个程序，一个进程就创建了，在操作系统堆内存空间上就开辟了一块空间，也就是分配了资源。

　　线程：现在再来看线程，百度一下线程定义，其实就是说：进程就是一个程序，这个程序之中可能会同时执行多个任务的代码，每一个任务就是一个线程，而且每一个线程都会在JVM中有自己独立的java栈，pc寄存器，而且CPU只能切换线程，即使是不同程序的线程也可以相互切换。

　　

　　这里就要说明一下，想比进程和线程，创建一个进程是要在操作系统内存中去开辟空间，会涉及到对操作系统一些函数的调用，而创建一个线程（比如在JVM中）只需要在jvm中个部分开辟空间，相比较之下，肯定是创建线程所耗费的操作系统资源比较少，但是也不可能无限制的创建很多线程，不然jvm也会出问题！

　　我随便查了一下，一般的web服务器线程数最大不能超过CPU核数*50，如：8核 < 300，16核 < 800，根据实际情况还可以适当调一下。

　　记得有句话叫做多个线程之间会竞争CPU资源这句话当初我可是很久都没有理解，这竞争CPU资源到底什么鬼？CPU的资源到底是什么啊？emmmm..

　　记得以前家里比较穷，没有像现在一样手机电脑这么多，家里只有一个电视！但是有的时候家里人每个人喜欢看的节目都不一样，于是不可避免的相互之间就为了争这个遥控器而发生冲突，哈哈哈！这个时候遥控器就相当于CPU，我们每个人都相当于一个线程要完成自己的事情。但是遥控器就一个，就会相互抢遥控器，有的时候我抢过来遥控器看火影忍者没到一分钟，就被我姐抢去看美食节目，没过一会儿遥控器就被我爸抢去看新闻去了。。。。。

3.java中的多线程用法

　　java之中用多线程主要是3种方式：类，接口，线程池，接下来我们就随意看一下这三种方式

　　3.1.类

　　　　这种方式主要是继承Thread类，实现run（）方法，run（）方法就是我们所需要做的任务的逻辑代码，然后将这个类实例化调用start（）方法，表示现在这个线程随时可以被CPU调用；

　　　　我还是以上面玩游戏，烧开水和听歌为例，随意写个小例子：

　　注意：这里先不看GC，前台线程有四个线程，我们创建的三个，还有执行main方法的这个线程（这个也叫主线程），我们只能保证主线程最优先运行，至于这四个线程哪个先停止，随机。。。

　　

　　3.2.接口

　　　　这种方式也差不多，实现Runnable接口，实现其中的run（）方法，然后实例化这个对象并传入Thread类中，再调用start（）方法；

　　3.3.线程池

　　　　什么是线程池呢？你看看我们上面写的创建线程的方法，都是用的时候就去创建，用完了就销毁，下次又要用就又去创建，这种做法很不好，因为每次创建和销毁线程都是很消耗jvm内部资源的，因为在jvm内部会进行申请空间，分配空间和释放空间各种操作，对jvm的性能会有一定的影响，而且假如某个特殊的情况下每个线程只会运行很短的时间就会结束，那么就会十分频繁的常见和销毁线程，导致在jvm中频繁的申请和释放内存，这极大的影响jvm的运行性能。

　　但是啊，如果我们能在程序启动的时候，就先创建一定数量的线程放在一个池子里，我们要用的话就去拿，用完了就再放到池子里，这样就很好的避免了创建和销毁线程的过程，这种方式比较友好；其中这个存放线程的池子就叫做线程池，接下来我们随意看看线程池的用法：

　　顺便一提，利用线程池执行线程任务有两种方式，一种是我们用的pool.execute(xxxx)，另外一种是pool.submit(xxxx)，用法和参数都一样，区别是用submit（）提交内部其实还是调用execute（），而且还可以获取线程执行后的返回值，后面我们会分析到的；

　　线程池起到一个类似缓冲的作用，它可以对池子中的线程数目进行控制，想想，假如我们程序直接创建线程那可能会由于创建线程太多导致jvm崩溃，但是我们有一个确定容量的池子，我们不用担心这个池子会炸了，我们只需要从池子里拿就好了，至于拿不拿得到的问题后面我们会好好分析的；

　　

　　3.4.看看Callable接口

　　这个接口干嘛的呢？有了Runnable接口了，还要这个接口干嘛？

　　不知道有没有注意到那个Runnable接口的run()方法是没有返回值的，也就是说我们只能把任务交给这个线程去做，但是做了之后有没有成功，线程是否异常我们都是不知道的，于是才有了Callable接口，这个接口就是对Runnable接口的一个补充，这个接口的实现类中没有run（）方法，却有一个call（）方法用于执行我们的任务逻辑，而且还能有返回值，并且能抛出异常等

　　顺便一提，返回值已经被封装成一个Future<T>类型的了，我们只需要从这个Futrue中取到返回值就可以进行后续操作了，有兴趣的可以看看Futrue这个包装类中有哪些方法可以试试，反正我暂时是没什么兴趣的。。。。

 4.多线程下的jvm内存结构

　　初学者学多线程其实最迷糊的一点就是多线程的程序中，jvm是什么样的啊？还是向以前那样分吗？到底多线程这个东西在jvm中是怎么样存在的呢？下面我们就来简单看看；

　　我自己总结的一句话：一个线程一个栈，一个方法一个帧；

　　这句话的意思就是每创建一个线程就会创建一个栈，每调用一个方法就会在栈中压入一个栈帧；

　　其实java栈是一个动态的东西，不像我们前面看jvm内存结构就是一大块java栈，里面可以有很多块，一个线程一块，总共合起来叫做java栈，我继续来画一个丑陋的图看一看：

　　其实可以看到在我们java程序中用多线程的话，那么每一个线程都会创建一个栈，同时每个线程都有自己的PC计数器，而且每个栈都是该线程私有的，别的线程不能访问；但是在java堆和方法区中的数据，是所有线程共享的，由于所有的线程都能够使用共享区的数据，假设一个线程拿到堆中的一个A对象进行修改但是需要的时间比较长，此时另一个线程也要拿到A对象进行判断然后做一些操作，这个时候就会出问题，因为前一个线程修改的数据还没有同步过来，后面线程拿到的是旧数据，这个问题就是多线程的同步问题，后面我们慢慢分析；

 5.总结

　　其实初学者觉得多线程比较难，主要是因为不理解多线程到底是什么？我们可以把多线程代码用这种奇葩的形式看是不是明显多了，其中主线程最开始执行并创建自己的栈和PC计数器，一直到创建其他的三个线程并把分别调用start（）方法的时候，这些线程会随机由CPU执行以及切换线程，并且各个线程都会创建自己的栈和PC计数器；而堆和方法区的数据是共享的，这会导致出现线程同步问题；

　　注意：千万不要觉得主线程比其他创建的线程要特殊，除了我们程序是由主线程开始之外，这些线程都是出于同一地位，很有可能首先是主线程执行完毕，然后再执行1、2、3这三个线程哦~~