Java并發(fā)是一個(gè)涵蓋Java平臺(tái)上的多線程、并發(fā)和并行性的術(shù)語(yǔ)。這包括Java并發(fā)工具、問(wèn)題和解決方案。本Java并發(fā)教程涵蓋了與Java中的多線程相關(guān)的多線程、并發(fā)構(gòu)造、并發(fā)問(wèn)題、成本和收益的核心概念。

Java并發(fā)教程視頻

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什么是多線程？

多線程意味著您在同一個(gè)應(yīng)用程序中有多個(gè)執(zhí)行線程。線程就像執(zhí)行應(yīng)用程序的獨(dú)立CPU。因此，多線程應(yīng)用程序就像具有多個(gè)CPU同時(shí)執(zhí)行代碼的不同部分的應(yīng)用程序。

但是，線程不等于CPU。通常單個(gè)CPU將在多個(gè)線程之間共享其執(zhí)行時(shí)間，在給定時(shí)間內(nèi)執(zhí)行每個(gè)線程之間切換。也可以讓應(yīng)用程序的線程由不同的CPU執(zhí)行。

為什么是多線程？

關(guān)于為什么要在應(yīng)用程序中使用多線程有幾個(gè)原因。多線程的一些最常見原因是：

• 更好地利用單個(gè)CPU。
• 更好地利用多個(gè)CPU或CPU內(nèi)核。
• 在響應(yīng)性方面更好的用戶體驗(yàn)。
• 在公平性方面更好的用戶體驗(yàn)。

我將在以下各節(jié)中更詳細(xì)地解釋這些原因。

1.更好地利用單個(gè)CPU

最常見的原因之一是能夠更好地利用計(jì)算機(jī)中的資源。例如，如果一個(gè)線程正在等待對(duì)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送的請(qǐng)求的響應(yīng)，那么另一個(gè)線程可以同時(shí)使用CPU來(lái)做其他事情。此外，如果計(jì)算機(jī)有多個(gè)CPU，或者CPU有多個(gè)執(zhí)行內(nèi)核，那么多線程還可以幫助您的應(yīng)用程序利用這些額外的CPU內(nèi)核。

2.更好地利用多個(gè)CPU或CPU內(nèi)核

如果計(jì)算機(jī)包含多個(gè)CPU或CPU包含多個(gè)執(zhí)行核心，那么您需要使用多個(gè)線程讓您的應(yīng)用程序能夠利用所有CPU或CPU核心。單個(gè)線程最多只能使用單個(gè)CPU，而且正如我上面提到的，有時(shí)甚至不能完全使用單個(gè)CPU。

3.在響應(yīng)性方面更好的用戶體驗(yàn)

使用多線程的另一個(gè)原因是提供更好的用戶體驗(yàn)。例如，如果您單擊GUI中的按鈕并導(dǎo)致通過(guò)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送請(qǐng)求，那么執(zhí)行此請(qǐng)求的線程很重要。如果您使用也更新GUI的同一線程，那么當(dāng)GUI線程等待請(qǐng)求的響應(yīng)時(shí)，用戶可能會(huì)遇到GUI“掛起”。相反，這樣的請(qǐng)求可以由后臺(tái)線程執(zhí)行，因此GUI線程在此期間可以自由地響應(yīng)其他用戶請(qǐng)求。

4.在公平性方面更好的用戶體驗(yàn)

第四個(gè)原因是在用戶之間更公平地共享計(jì)算機(jī)資源。例如，假設(shè)一臺(tái)服務(wù)器接收來(lái)自客戶端的請(qǐng)求，并且只有一個(gè)線程來(lái)執(zhí)行這些請(qǐng)求。如果一個(gè)客戶端發(fā)送一個(gè)需要很長(zhǎng)時(shí)間來(lái)處理的請(qǐng)求，那么所有其他客戶端的請(qǐng)求都必須等到一個(gè)請(qǐng)求完成。通過(guò)讓每個(gè)客戶端的請(qǐng)求由其自己的線程執(zhí)行，那么沒有單個(gè)任務(wù)可以完全獨(dú)占CPU。

5.多線程與多任務(wù)

在過(guò)去，計(jì)算機(jī)只有一個(gè)CPU，一次只能執(zhí)行一個(gè)程序。大多數(shù)小型計(jì)算機(jī)的功能并不足以同時(shí)執(zhí)行多個(gè)程序，因此沒有嘗試過(guò)。公平地說(shuō)，與個(gè)人計(jì)算機(jī)相比，許多大型機(jī)系統(tǒng)能夠一次執(zhí)行多個(gè)程序多年。

6.多任務(wù)處理

后來(lái)出現(xiàn)了多任務(wù)處理，這意味著計(jì)算機(jī)可以同時(shí)執(zhí)行多個(gè)程序（AKA任務(wù)或進(jìn)程）。不過(guò)，這并不是真正的“同時(shí)”。單個(gè)CPU在程序之間共享。操作系統(tǒng)會(huì)在運(yùn)行的程序之間切換，在切換之前執(zhí)行它們中的每一個(gè)。

隨著多任務(wù)處理，軟件開發(fā)人員面臨新的挑戰(zhàn)。程序不能再假定所有可用的CPU時(shí)間、所有內(nèi)存或任何其他計(jì)算機(jī)資源都可用。一個(gè)“好公民”程序應(yīng)該釋放它不再使用的所有資源，以便其他程序可以使用它們。

7.多線程

后來(lái)出現(xiàn)了多線程，這意味著您可以在同一個(gè)程序中擁有多個(gè)執(zhí)行線程。執(zhí)行線程可以被認(rèn)為是執(zhí)行程序的CPU。當(dāng)您有多個(gè)線程執(zhí)行同一個(gè)程序時(shí)，就像在同一個(gè)程序中執(zhí)行多個(gè)CPU一樣。

8.多線程很難

多線程是提高某些類型程序性能的好方法。然而，多線程比多任務(wù)更具挑戰(zhàn)性。線程在同一個(gè)程序中執(zhí)行，因此同時(shí)讀取和寫入相同的內(nèi)存。這可能導(dǎo)致在單線程程序中看不到的錯(cuò)誤。其中一些錯(cuò)誤在單CPU機(jī)器上可能看不到，因?yàn)閮蓚€(gè)線程從未真正“同時(shí)”執(zhí)行。但是，現(xiàn)代計(jì)算機(jī)配備了多核CPU，甚至還配備了多個(gè)CPU。這意味著不同的線程可以同時(shí)由不同的內(nèi)核或CPU執(zhí)行。

如果一個(gè)線程讀取一個(gè)內(nèi)存位置而另一個(gè)線程寫入它，那么第一個(gè)線程最終會(huì)讀取什么值？舊值？第二個(gè)線程寫入的值？還是兩者混合的價(jià)值？或者，如果兩個(gè)線程同時(shí)寫入同一個(gè)內(nèi)存位置，完成后會(huì)留下什么值？第一個(gè)線程寫入的值？第二個(gè)線程寫入的值？還是兩個(gè)值的混合寫入？

如果沒有適當(dāng)?shù)念A(yù)防措施，任何這些結(jié)果都是可能的。這種行為甚至無(wú)法預(yù)測(cè)。結(jié)果可能會(huì)不時(shí)改變。因此，作為開發(fā)人員，了解如何采取正確的預(yù)防措施非常重要——這意味著學(xué)習(xí)控制線程如何訪問(wèn)共享資源，如內(nèi)存、文件、數(shù)據(jù)庫(kù)等。

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