Java进程与线程介绍及如何实现

1.前言

哈喽大家好吖，今天来给大家分享这一段时间刚上手的Java多线程的学习，多线程在以后实际项目开发中是一个十分核心的内容，需要认真学习并加以掌握，刚上手概念比较多，希望大家沉下心来慢慢学习，那么让我们开始这一部分的学习吧。

2.正文

在介绍线程之前，需要先讲解以下进程相关的概念，进程与线程之间息息相关，并且以后面试的时候会对这部分的原理内容进行考察。

2.1什么是进程

进程（Process） 是计算机中执行的程序的实例。它是操作系统分配资源和调度的基本单位。进程不仅包含程序代码本身，还包括程序执行时所需的资源和环境。每个进程都有独立的内存空间、寄存器、堆栈、程序计数器等，它们使进程能够在多任务操作系统中并发执行而不互相干扰。

如何在电脑上查看进程呢，其实很简单，打开任务管理器：

可以看到这里就标记着进程，当我们点到任务管理器详细信息一栏时，每一个进程的相关信息都会展示出来，这里先大概感知一下进程到底是什么。

2.2PCB（进程控制块）

操作系统通过管理进程来实现多任务操作，每个进程在操作系统中都有一个对应的进程控制块（PCB），用于存储进程的状态、程序计数器、寄存器等信息。当发生上下文切换时，操作系统会保存当前进程的状态，加载另一个进程的状态，从而实现进程间的切换。

下面是PCB的相关属性：

2.2.1进程id

PCB中的进程ID（Process ID，PID） 是操作系统用来唯一标识进程的一个标识符。每个进程在操作系统中都有一个独一无二的PID，它用于区分不同的进程并在进程管理中进行调度、监控和资源分配。

特点：

• 唯一性
  • 每个进程都有一个唯一的PID，操作系统保证同一时刻不会有两个进程拥有相同的PID。
• 生命周期
  • 当一个进程创建时，操作系统为其分配一个PID；当进程终止时，PID被释放，操作系统可以将其分配给新的进程。

2.2.2内存指针

内存指针（Memory Pointer）是一个重要的字段，用于保存与进程相关的内存管理信息。这个指针帮助操作系统追踪进程使用的内存区域，包括代码、数据、堆栈等。

内存指针都指向什么，都有什么作用呢：

• 如果这个指针存储进程执行的代码，那么会使CPU能够正确地加载和执行指令。
• 如果这个指针指向数据段，那么会使操作系统在运行时管理数据的访问。

2.2.3文件描述符表

文件描述符表是一个非常重要的字段，它用来管理进程与操作系统中文件的关系。文件描述符表存储着进程打开的文件的相关信息，每个文件在操作系统中都有一个唯一的标识符——文件描述符。这些文件描述符用于指代进程当前使用的文件资源，并为操作系统提供对这些文件的管理和访问。

• 作用：
  • 文件描述符表用于将进程与打开的文件建立关联。当一个进程打开文件时，操作系统会为该文件分配一个文件描述符，并将其存储在进程的文件描述符表中。这个描述符使进程能够通过标识符访问文件，而不需要知道文件的具体位置或物理存储，类似于一个特殊的指针
  • 文件描述符表中的每个条目对应一个打开的文件，操作系统可以根据文件描述符来执行文件的读写、关闭、定位等操作。

2.2.4进程状态

PCB中同样存储着当前进程的状态，下面那是俩个常见重要的进程状态。

2.2.4.1就绪状态

进程已经准备好运行，但由于CPU正在执行其他进程，因此处于等待中。操作系统将进程放入就绪队列，等待调度器选择该进程进行执行。此时进程的所有资源（除了CPU）都已分配好。

2.2.4.2阻塞状态

进程由于某些原因无法继续执行，此时进程不再占用CPU，而是处于阻塞状态。阻塞状态的进程会被移出CPU，直到它等待的条件满足时才会变为就绪状态。

2.2.5进程优先级

进程的优先级是操作系统用来决定不同进程执行顺序的重要标准。它指示了一个进程相对于其他进程的重要性，系统会优先选择优先级高的进程进行执行。但其实在真正执行时，优先顺序并不是定量的谁一定先执行谁一定后执行，而是一种定型的。

同样，某个进程的优先级也可以在任务管理器进行设置，但不知道为什么博主截不了图，右键单机进程就会有这个选项啦。

2.2.6进程上下文

进程的上下文指的是操作系统在切换进程时需要保存和恢复的信息。每个进程在运行时都有自己的执行状态，这些状态决定了进程如何继续执行。操作系统通过上下文切换在不同进程之间进行切换时，保存并恢复这些信息。每次切换时必须保存和恢复这些信息，以确保每个进程能够从中断的地方继续执行。

2.2.7进程的记账信息

统计每个进程在CPU上执行了多久。如果该进程长时间没分配到CPU资源，就会给这个进程倾斜一些CPU资源。

2.3CPU操作进程的方法

现在的电脑的CPU一般都有四核，八核，十六核，但我们打开任务管理器发现有成百上千个进程，那么电脑是如何同时操作这么多进程呢。

答案就是CPU对进程的操作的模式时分时复用：

分时复用：操作系统将CPU的时间分成若干个时间片，若一个进程的时间片用完了，操作系统会把CPU控制权交给下一个进程，保证多个进程交替执行。

现代CPU的执行模式：

并行执行：

多个核同时处理多个进程

并发执行：

单个核按照分时复用的原则处理多个进程

2.4什么是线程

线程是操作系统调度的最小单位，是进程（程序运行的实例）中的一个执行单元。一个进程可以包含一个或多个线程，线程共享进程的资源（如内存、文件句柄），但每个线程都有自己的独立执行路径、寄存器和栈空间。

当然我们没有办法直接看到线程，得通过一些工具才能查看。

2.4.1进程与线程

让我们区分以下进程和线程并分析以下他们之间的联系：

• 进程是线程的容器：一个进程可以包含一个或多个线程。线程依赖进程的存在，无法独立于进程运行。
• 线程是进程的组成部分：线程负责在进程的上下文中执行代码，一个进程至少有一个主线程，用于启动和管理程序的运行。
• 进程的生命周期包含线程的生命周期：当一个进程终止时，其所有线程也会终止。线程的存在和生命周期完全依附于所在进程。

2.4.2线程资源分布

类似于进程，线程也有其对应的属性：

线程是进程中的执行单元，多个线程共享进程的资源，如内存空间、文件描述符等

但每个线程也有独立的资源，包括栈、程序计数器和寄存器。操作系统通过合理的资源分配和调度机制，确保多线程程序高效、安全地执行。

2.5简单实现线程

创建线程主要有俩种方式，一种是继承Thread类，另一种是Runnable的接口，下文详解。

2.5.1Thread类

操作步骤：

• 创建一个类并继承Thread类。
• 重写Thread类的run()方法，将线程执行的具体任务写在run()方法中。
• 创建线程对象并调用start()方法启动线程。

static class myThread extends Thread{
        @Override
        public void run() {
            System.out.println(("线程已执行"));
        }
    }
    public static void main(String[] args) {
        myThread myThread1 = new myThread();
        myThread1.run();
    }

2.5.2Runnable接口

操作步骤：

• 创建一个类并实现Runnable接口。
• 重写Runnable接口中的run()方法，将线程任务写在该方法中。
• 创建一个Thread对象，将实现了Runnable接口的实例作为参数传递给Thread构造方法。
• 调用Thread对象的start()方法启动线程。

static class myRunable implements Runnable{
        @Override
        public void run() {
            while(true){
                System.out.println("线程正在被执行");
            }
        }
    }
    public static void main(String[] args) {
        myRunable myRunable1 = new myRunable();
        Thread thread = new Thread(myRunable1);
        thread.start();
        while(true){
            System.out.println("主函数正在被执行");
        }
    }

我们可以发现此时俩个线程，一个是主函数的，另一个是新创立的，在交替执行。

2.5.3区分start和run

这里可能有细心的小伙伴们观察出来，第一个我们用了run方法，第二个我们用了start方法，那么这俩种方法有什么区别吗：

• start()方法
  • 用于启动一个新的线程。
  • 它会调用线程的底层实现，告诉JVM创建一个新的线程。
  • 然后，新线程会自动调用run()方法中定义的逻辑。
  • start()使线程并发执行。
• run()方法
  • 是线程要执行的任务逻辑。
  • 如果直接调用run()方法，并不会创建新线程，而是由当前线程执行它。
  • 相当于普通的同步方法调用。

2.5.4查看线程

想要查看线程的话我们需要去JDK中去寻找一个叫做jconsole的exe文件：

连接后就能查看线程了：

3.小结

到此这篇关于Java进程与线程及如何实现的文章就介绍到这了,更多相关Java进程与线程内容请搜索脚本之家以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持脚本之家！

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