一、線(xiàn)程概述

線(xiàn)程是程序運(yùn)行的基本執(zhí)行單元。當(dāng)操作系統(tǒng)(不包括單線(xiàn)程的操作系統(tǒng)，如微軟早期的DOS)在執(zhí)行一個(gè)程序時(shí)，會(huì)在系統(tǒng)中建立一個(gè)進(jìn)程，而在這個(gè)進(jìn)程中，必須至少建立一個(gè)線(xiàn)程（這個(gè)線(xiàn)程被稱(chēng)為主線(xiàn)程）來(lái)作為這個(gè)程序運(yùn)行的入口點(diǎn)。因此，在操作系統(tǒng)中運(yùn)行的任何程序都至少有一個(gè)主線(xiàn)程。
進(jìn)程和線(xiàn)程是現(xiàn)代操作系統(tǒng)中兩個(gè)必不可少的運(yùn)行模型。在操作系統(tǒng)中可以有多個(gè)進(jìn)程，這些進(jìn)程包括系統(tǒng)進(jìn)程（由操作系統(tǒng)內(nèi)部建立的進(jìn)程）和用戶(hù)進(jìn)程（由用戶(hù)程序建立的進(jìn)程）；一個(gè)進(jìn)程中可以有一個(gè)或多個(gè)線(xiàn)程。進(jìn)程和進(jìn)程之間不共享內(nèi)存，也就是說(shuō)系統(tǒng)中的進(jìn)程是在各自獨(dú)立的內(nèi)存空間中運(yùn)行的。而一個(gè)進(jìn)程中的線(xiàn)可以共享系統(tǒng)分派給這個(gè)進(jìn)程的內(nèi)存空間。
線(xiàn)程不僅可以共享進(jìn)程的內(nèi)存，而且還擁有一個(gè)屬于自己的內(nèi)存空間，這段內(nèi)存空間也叫做線(xiàn)程棧, 是在建立線(xiàn)程時(shí)由系統(tǒng)分配的，主要用來(lái)保存線(xiàn)程內(nèi)部所使用的數(shù)據(jù)，如線(xiàn)程執(zhí)行函數(shù)中所定義的變量。
注意：任何一個(gè)線(xiàn)程在建立時(shí)都會(huì)執(zhí)行一個(gè)函數(shù)，這個(gè)函數(shù)叫做線(xiàn)程執(zhí)行函數(shù)。也可以將這個(gè)函數(shù)看做線(xiàn)程的入口點(diǎn)（類(lèi)似于程序中的main函數(shù)）。無(wú)論使用什么語(yǔ)言或技術(shù)來(lái)建立線(xiàn)程，都必須執(zhí)行這個(gè)函數(shù)（這個(gè)函數(shù)的表現(xiàn)形式可能不一樣，但都會(huì)有一個(gè)這樣的函數(shù)）。如在Windows中用于建立線(xiàn)程的API函數(shù)CreateThread的第三個(gè)參數(shù)就是這個(gè)執(zhí)行函數(shù)的指針。
在操作系統(tǒng)將進(jìn)程分成多個(gè)線(xiàn)程后，這些線(xiàn)程可以在操作系統(tǒng)的管理下并發(fā)執(zhí)行，從而大大提高了程序的運(yùn)行效率。雖然線(xiàn)程的執(zhí)行從宏觀(guān)上看是多個(gè)線(xiàn)程同時(shí)執(zhí)行，但實(shí)際上這只是操作系統(tǒng)的障眼法。由于一塊CPU同時(shí)只能執(zhí)行一條指令，因此，在擁有一塊CPU的計(jì)算機(jī)上不可能同時(shí)執(zhí)行兩個(gè)任務(wù)。而操作系統(tǒng)為了能提高程序的運(yùn)行效率，在一個(gè)線(xiàn)程空閑時(shí)會(huì)撤下這個(gè)線(xiàn)程，并且會(huì)讓其他的線(xiàn)程來(lái)執(zhí)行，這種方式叫做線(xiàn)程調(diào)度。我們之所以從表面上看是多個(gè)線(xiàn)程同時(shí)執(zhí)行，是因?yàn)椴煌€(xiàn)程之間切換的時(shí)間非常短，而且在一般情況下切換非常頻繁。假設(shè)我們有線(xiàn)程A和B。在運(yùn)行時(shí)，可能是A執(zhí)行了1毫秒后，切換到B后，B又執(zhí)行了1毫秒，然后又切換到了A，A又執(zhí)行1毫秒。由于1毫秒的時(shí)間對(duì)于普通人來(lái)說(shuō)是很難感知的，因此，從表面看上去就象A和B同時(shí)執(zhí)行一樣，但實(shí)際上A和B是交替執(zhí)行的。

二、線(xiàn)程給我們帶來(lái)的好處

如果能合理地使用線(xiàn)程，將會(huì)減少開(kāi)發(fā)和維護(hù)成本，甚至可以改善復(fù)雜應(yīng)用程序的性能。如在GUI應(yīng)用程序中，還以通過(guò)線(xiàn)程的異步特性來(lái)更好地處理事件；在應(yīng)用服務(wù)器程序中可以通過(guò)建立多個(gè)線(xiàn)程來(lái)處理客戶(hù)端的請(qǐng)求。線(xiàn)程甚至還可以簡(jiǎn)化虛擬機(jī)的實(shí)現(xiàn)，如Java虛擬機(jī)(JVM)的垃圾回收器（garbage collector）通常運(yùn)行在一個(gè)或多個(gè)線(xiàn)程中。因此，使用線(xiàn)程將會(huì)從以下五個(gè)方面來(lái)改善我們的應(yīng)用程序：

1. 充分利用CPU資源
現(xiàn)在世界上大多數(shù)計(jì)算機(jī)只有一塊CPU。因此，充分利用CPU資源顯得尤為重要。當(dāng)執(zhí)行單線(xiàn)程程序時(shí)，由于在程序發(fā)生阻塞時(shí)CPU可能會(huì)處于空閑狀態(tài)。這將造成大量的計(jì)算資源的浪費(fèi)。而在程序中使用多線(xiàn)程可以在某一個(gè)線(xiàn)程處于休眠或阻塞時(shí)，而CPU又恰好處于空閑狀態(tài)時(shí)來(lái)運(yùn)行其他的線(xiàn)程。這樣CPU就很難有空閑的時(shí)候。因此，CPU資源就得到了充分地利用。

2.   簡(jiǎn)化編程模型
如果程序只完成一項(xiàng)任務(wù)，那只要寫(xiě)一個(gè)單線(xiàn)程的程序，并且按著執(zhí)行這個(gè)任務(wù)的步驟編寫(xiě)代碼即可。但要完成多項(xiàng)任務(wù)，如果還使用單線(xiàn)程的話(huà)，那就得在在程序中判斷每項(xiàng)任務(wù)是否應(yīng)該執(zhí)行以及什么時(shí)候執(zhí)行。如顯示一個(gè)時(shí)鐘的時(shí)、分、秒三個(gè)指針。使用單線(xiàn)程就得在循環(huán)中逐一判斷這三個(gè)指針的轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)間和角度。如果使用三個(gè)線(xiàn)程分另來(lái)處理這三個(gè)指針的顯示，那么對(duì)于每個(gè)線(xiàn)程來(lái)說(shuō)就是指行一個(gè)單獨(dú)的任務(wù)。這樣有助于開(kāi)發(fā)人員對(duì)程序的理解和維護(hù)。

3.   簡(jiǎn)化異步事件的處理
當(dāng)一個(gè)服務(wù)器應(yīng)用程序在接收不同的客戶(hù)端連接時(shí)最簡(jiǎn)單地處理方法就是為每一個(gè)客戶(hù)端連接建立一個(gè)線(xiàn)程。然后監(jiān)聽(tīng)線(xiàn)程仍然負(fù)責(zé)監(jiān)聽(tīng)來(lái)自客戶(hù)端的請(qǐng)求。如果這種應(yīng)用程序采用單線(xiàn)程來(lái)處理，當(dāng)監(jiān)聽(tīng)線(xiàn)程接收到一個(gè)客戶(hù)端請(qǐng)求后，開(kāi)始讀取客戶(hù)端發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)，在讀完數(shù)據(jù)后，read方法處于阻塞狀態(tài)，也就是說(shuō)，這個(gè)線(xiàn)程將無(wú)法再監(jiān)聽(tīng)客戶(hù)端請(qǐng)求了。而要想在單線(xiàn)程中處理多個(gè)客戶(hù)端請(qǐng)求，就必須使用非阻塞的Socket連接和異步I/O。但使用異步I/O方式比使用同步I/O更難以控制，也更容易出錯(cuò)。因此，使用多線(xiàn)程和同步I/O可以更容易地處理類(lèi)似于多請(qǐng)求的異步事件。

4.   使GUI更有效率
使用單線(xiàn)程來(lái)處理GUI事件時(shí)，必須使用循環(huán)來(lái)對(duì)隨時(shí)可能發(fā)生的GUI事件進(jìn)行掃描，在循環(huán)內(nèi)部除了掃描GUI事件外，還得來(lái)執(zhí)行其他的程序代碼。如果這些代碼太長(zhǎng)，那么GUI事件就會(huì)被“凍結(jié)”，直到這些代碼被執(zhí)行完為止。
在現(xiàn)代的GUI框架（如SWING、AWT和SWT）中都使用了一個(gè)單獨(dú)的事件分派線(xiàn)程（event dispatch thread，EDT）來(lái)對(duì)GUI事件進(jìn)行掃描。當(dāng)我們按下一個(gè)按鈕時(shí)，按鈕的單擊事件函數(shù)會(huì)在這個(gè)事件分派線(xiàn)程中被調(diào)用。由于EDT的任務(wù)只是對(duì)GUI事件進(jìn)行掃描，因此，這種方式對(duì)事件的反映是非?？斓?。

5.   節(jié)約成本
提高程序的執(zhí)行效率一般有三種方法：
（1）增加計(jì)算機(jī)的CPU個(gè)數(shù)。
（2）為一個(gè)程序啟動(dòng)多個(gè)進(jìn)程
（3）在程序中使用多進(jìn)程。
第一種方法是最容易做到的，但同時(shí)也是最昂貴的。這種方法不需要修改程序，從理論上說(shuō)，任何程序都可以使用這種方法來(lái)提高執(zhí)行效率。第二種方法雖然不用購(gòu)買(mǎi)新的硬件，但這種方式不容易共享數(shù)據(jù)，如果這個(gè)程序要完成的任務(wù)需要必須要共享數(shù)據(jù)的話(huà)，這種方式就不太方便，而且啟動(dòng)多個(gè)線(xiàn)程會(huì)消耗大量的系統(tǒng)資源。第三種方法恰好彌補(bǔ)了第一種方法的缺點(diǎn)，而又繼承了它們的優(yōu)點(diǎn)。也就是說(shuō)，既不需要購(gòu)買(mǎi)CPU，也不會(huì)因?yàn)閱⑻嗟木€(xiàn)程而占用大量的系統(tǒng)資源（在默認(rèn)情況下，一個(gè)線(xiàn)程所占的內(nèi)存空間要遠(yuǎn)比一個(gè)進(jìn)程所占的內(nèi)存空間小得多），并且多線(xiàn)程可以模擬多塊CPU的運(yùn)行方式，因此，使用多線(xiàn)程是提高程序執(zhí)行效率的最廉價(jià)的方式。

三、Java的線(xiàn)程模型
由于Java是純面向?qū)ο笳Z(yǔ)言，因此，Java的線(xiàn)程模型也是面向?qū)ο蟮?。Java通過(guò)Thread類(lèi)將線(xiàn)程所必須的功能都封裝了起來(lái)。要想建立一個(gè)線(xiàn)程，必須要有一個(gè)線(xiàn)程執(zhí)行函數(shù)，這個(gè)線(xiàn)程執(zhí)行函數(shù)對(duì)應(yīng)Thread類(lèi)的run方法。Thread類(lèi)還有一個(gè)start方法，這個(gè)方法負(fù)責(zé)建立線(xiàn)程，相當(dāng)于調(diào)用Windows的建立線(xiàn)程函數(shù)CreateThread。當(dāng)調(diào)用start方法后，如果線(xiàn)程建立成功，并自動(dòng)調(diào)用Thread類(lèi)的run方法。因此，任何繼承Thread的Java類(lèi)都可以通過(guò)Thread類(lèi)的start方法來(lái)建立線(xiàn)程。如果想運(yùn)行自己的線(xiàn)程執(zhí)行函數(shù)，那就要覆蓋Thread類(lèi)的run方法。
在Java的線(xiàn)程模型中除了Thread類(lèi)，還有一個(gè)標(biāo)識(shí)某個(gè)Java類(lèi)是否可作為線(xiàn)程類(lèi)的接口Runnable，這個(gè)接口只有一個(gè)抽象方法run，也就是Java線(xiàn)程模型的線(xiàn)程執(zhí)行函數(shù)。因此，一個(gè)線(xiàn)程類(lèi)的唯一標(biāo)準(zhǔn)就是這個(gè)類(lèi)是否實(shí)現(xiàn)了Runnable接口的run方法，也就是說(shuō)，擁有線(xiàn)程執(zhí)行函數(shù)的類(lèi)就是線(xiàn)程類(lèi)。
從上面可以看出，在Java中建立線(xiàn)程有兩種方法，一種是繼承Thread類(lèi)，另一種是實(shí)現(xiàn)Runnable接口，并通過(guò)Thread和實(shí)現(xiàn)Runnable的類(lèi)來(lái)建立線(xiàn)程，其實(shí)這兩種方法從本質(zhì)上說(shuō)是一種方法，即都是通過(guò)Thread類(lèi)來(lái)建立線(xiàn)程，并運(yùn)行run方法的。但它們的大區(qū)別是通過(guò)繼承Thread類(lèi)來(lái)建立線(xiàn)程，雖然在實(shí)現(xiàn)起來(lái)更容易，但由于Java不支持多繼承，因此，這個(gè)線(xiàn)程類(lèi)如果繼承了Thread，就不能再繼承其他的類(lèi)了，因此，Java線(xiàn)程模型提供了通過(guò)實(shí)現(xiàn)Runnable接口的方法來(lái)建立線(xiàn)程，這樣線(xiàn)程類(lèi)可以在必要的時(shí)候繼承和業(yè)務(wù)有關(guān)的類(lèi)，而不是Thread類(lèi)。

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