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2）解决线程安全问题的方案--- synchronized同步关键字
一、进程
1、进程的概念
????????进程就是正在运行的程序,它代表了程序所占用的内存区域。
2、进程的特点
1）独立性
????????进程是系统中独立存在的实体,它可以拥有自己独立的资源,每个进程都拥有自己私有的地址空间,在没有经过进程本身允许的情况下,一个用户进程不可以直接访问其他进程的地址空间。
2）动态性
????????进程与程序的区别在于,程序只是一个静态的指令集合,而进程是一个正在系统中活动的指令集合,程序加入了时间的概念以后,称为进程,具有自己的生命周期和各种不同的状态,这些概念都是程序所不具备的。
3）并发性
????????多个进程可以在单个处理器CPU上并发执行,多个进程之间不会互相影响。
二、串行、并行、并发
1、串行、并行
????????串行是大家排队一个一个来，并行是大家一起来。
2、并行、并发
?????????HA(High Availability)高可用:指在高并发的情景中,尽可能的保证程序的可用性,减少系统不能提供服务的时间
3、并行与并发的关系
????????并行一定是并发，并发不一定是并行。
4、高并发
- 概念
????????多个进程抢占公共资源（例如售票案例、双十一）。
? ? ?2.高并发有哪些指标
- QPS(Queries Per Second)：每秒查询数
- 带宽
- PV（Page View）
- UV（Unique Visitor）
- 并发连接数
- 服务器平均请求等待时间????????
三、线程
- 线程是进程进行运算调度的最小单位
- 一个进程可以开启多个线程，一个进程也可以只包含一个线程--单线程程序
- 线程拓展了多进程，也就是一个进程可以干多件事情
- 每个线程拥有自己独立的内存空间，多个线程之间也存在共享数据
四、线程和进程有何异同
1、线程和进程的不同之处
1）起源不同
????????先有进程，后有线程（目的是为了提高执行效率）。
2）概念不同
- 进程：具有独立功能的、正在运行的一个程序（系统分配资源和调度的一个单位）。
- 线程：线程是进程（CPU）进行运算调度的最小单位。
3）内存共享方式不同
- 进程：不同的进程会被分配到不同的内存，但是不同进程之间的内存通常是不共享的（比如说浏览器、QQ、微信之间互不共享）。
- 线程：本身就服务于同一个进程，所以线程之间互相通信是十分容易的。
4）拥有的资源不同
- 线程共享的资源：
- 进程代码块
- 进程的共有数据（利用这些共享的数据，线程很容易的实现相互通信）
- 进程的打开的文件描述符
- 信号的处理器
- 进程的当前目录
- 进程用户ID与进程组ID
- 线程独有的内容包括：
- 线程ID
- 寄存器组的值
- 线程的堆栈
- 错误的返回码
- 线程的信号频闭码
5）数量不同
????????一个进程可以有多个线程（至少要有一个）。
6）开销不同
- 线程的创建、终止时间比进程短
- 同一进程内的线程切换时间比进程切换时间短
- 统一进程的各个线程时间共享内存和文件资源，可以不通过内核进行通信
2、线程和进程的相同之处
- 进程和线程都有ID/寄存器组、状态和优先权、信息块
- 创建后都可更改自己的属性
- 都可与父进程共享资源
- 都不直接访问其他无关进程或线程的资源
五、多线程
1、Java语言和多线程的渊源和关系
- Java设计之初就支持多线程，相比于当时的其他编程语言，十分具有优势。
- Java语言在服务器端开发语言中的地位--常年高居前三。
- 一对一映射到操作系统的内核线程。
- JVM会自动启动线程，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，测试如下：
- 测试代码：
- 打断点，debug模式运行，查看控制台信息，会发现，除了main，还自动启动了其他线程：
??Signal Dispatcher：将操作系统发来的信号分发给适当的处理程序。
??Finalizer：负责对象的finalize()方法，随着java语言的发展，不再推荐使用。
??Rrference Handler：和GC（垃圾回收），引用相关的线程。
2、多线程的概念
- 宏观层面上：多个线程看起来是同时在运行。
- 微观层面上：一个CPU同一时刻只能处理一件事，至于哪个时刻执行哪个线程，取决于OS底层的算法（FCFS/SJS......）。
3、为什么需要多线程
- 最主要的目的就是提高CPU利用率
- 避免无效等待（IO的时候可以做别的事）
- 提高用户体验：避免卡顿、缩短等待时间
- 便于编程建模
4、线程执行的时机
????????OS选中它，并给它分配时间片（允许OS执行当前线程的一段时间）；没有时间片的线程是挂起（暂停/冻结）的状态，等待再次被分配时间片才能运行。
5、线程的随机性
????????多个线程的执行效果是不可控的，因为CPU会调度处理，结果具有随机性；至于那个时间片执行哪一个线程，时间片有多长，我们都控制不了。
6、多线程的使用场景
????????为了同时做多件不同的事：比如说打开网页的同时听音乐、后台定时任务。
7、多线程的局限
- 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。
- 带来的线程安全问题：包括数据安全问题（例如i++总数不一致）活跃性问题（线程饥饿、死锁）。
六、线程的几种状态以及状态之间的切换
1、线程的几种状态
- 创建状态:申请PCB,然后为该线程运行分配必须的资源（对应方法：new）。
- 就绪(可运行)状态：将该线程转为就绪状态插入到就绪队列中（对应方法：start（））。
- 执行(运行)状态：线程被OS选中，分配时间片正常运行程序，时间片用完挂起加入到就绪队列当中，等待OS下一次选中。
- 阻塞状态：正在运行的线程由于某些事件（I/O请求等）暂时无法执行的状态，即线程执行阻塞(锁阻塞/休眠10ms)。
- 终止状态:归还PCB,对应的空间清除。
2、五态模型
- ?就绪 → 执行:为就绪线程分配CPU即可变为执行状态"。
- 执行 → 就绪:正在执行的线程由于时间片用完被剥夺CPU暂停执行,就变为就绪状态。
- 执行 → 阻塞:由于发生某事件,使正在执行的线程受阻,无法执行,则由执行变为阻塞。
- (例如线程正在访问临界资源,而资源正在被其他线程访问)。
- 反之,如果获得了之前需要的资源,则由阻塞变为就绪状态,等待分配CPU再次执行。
3、五态模型
七、创建多线程的三种方式
1、三种方式
- 继承Thread
- 实现Runnable接口
- 线程池：
- Executors ：辅助创建线程池的工具类
- newFixedThreadPool(int nThreads) ：指定线程池数n
- ExecutorService：用来存储线程的池子,把新建线程/启动线程/关闭线程的任务都交给池来管理
- pool.execute：(目标业务对象target) 把任务丢到线程池
2、Thread、Runnable两种实现方式的比较
- 继承Thread类：
- 优点: 编写简单,如果需要访问当前线程,无需使用Thread.currentThread()方法,直接使用this即可获得当前线程。
- 缺点: 自定义的线程类已继承了Thread类,所以后续无法再继承其他的类。
- 实现Runnable接口：
- 优点: 自定义的线程类只是实现了Runnable接口或Callable接口,后续还可以继承其他类,在这种方式下,多个线程可以共享同一个target对象,所以非常适合多个相同线程来处理同一份资源的情况,从而可以将CPU、代码、还有数据分开(解耦),形成清晰的模型,较好地体现了面向对象的思想。
- 缺点: 编程稍微复杂,如想访问当前线程,则需使用Thread.currentThread()方法。
八、多线程的安全问题
1、说明
- 多线程安全问题是如何出现的？
?????????常见情况是由于线程的随机性+访问延迟。
- 如何判断程序有没有线程安全问题？
????????在多线程程序中 + 有共享数据 + 多条语句操作共享数据。
2、同步锁
1）异步与同步
- 同步：体现了排队的效果，同一时刻只能有一个线程独占资源，其他没有权利的线程排队。坏处就是效率会降低，不过保证了安全。
- 异步：体现了多线程抢占资源的效果，线程间互相不等待,互相抢占资源。坏处就是有安全隐患,效率要高一些。
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2）解决线程安全问题的方案--- synchronized同步关键字
- 写法格式：
- 如果是实现接口的方式：
synchronized (锁对象){?
需要同步的代码(也就是可能出现问题的操作共享数据的多条语句);
}
//锁对象：不限制类型，唯一就行，一般是Object o = new Object()
- 如果是实现类的方式：
synchronized (锁对象){ //
需要同步的代码(也就是可能出现问题的操作共享数据的多条语句);
}
//锁对象一般是 类名.class ，目的就是为了锁的唯一
? ? 2.同步效果的使用有两个前提:
- 同步需要两个或者两个以上的线程(单线程无需考虑多线程安全问题)。
- 多个线程间必须使用同一个锁(我上锁后其他人也能看到这个锁,不然我的锁锁不住其他人,就没有了上锁的效果)。
九、关于多线程的常见面试题
- 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，你知不知道有哪些弊端？