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为什么要引进线程ITeye

2019年03月01日10时59分20秒 | 作者: 翠安 | 标签: 线程,同步,咱们 | 浏览: 448

1、为什么要多线程进行socket开发

线程是进程的一个履行单元,线程之间可以进行通讯,可是线程的履行是无序的。在java 的socket开发的时分,为什么要用线程开发,我的了解是是这样的。
  在服务器端,用ServerSocket类的ServerSocket.accept()函数,会发作一个堵塞,知道接收到客户端的一个衔接停止,这儿是不需求进行线程的。
  可是在后边的线程之间的读写进程,由于Server端要不断监控cllient端来的数据,便是Socket.getInputStream,这是一个循环进程,一般用while(true)来处理,用接收到某一个特定条件的字符串来结束,这个时分假如不用线程的话,由于server端的履行是依照次序履行的,所以其他client的衔接只能进行等候。正是由于这个原因,在处理的时分必需求堵塞,所以需求用线程来进行处理,client端也是一个道理。
  需求特别留意的是,在socket.getInputStream和socket.getOutputStream的时分不会发作堵塞,可是假如BufferReader br = new BufferReader( new InputStreamReader( socket.getInputStream)); br.readLine()的时分会发作堵塞,这个堵塞在while循环里边停住,一向比及socket的另一端稀有据传过来。
2、为什么要线程池:
一个线程的周期分为:创立、运转、毁掉三个阶段。
处理一个使命时,首要创立一个使命线程,然后履行使命,完了,毁掉线程。而线程处于运转状况的时分,才是真的在处理咱们交给它的使命,
这个阶段才是有用运转时刻。所以,咱们期望花在创立和毁掉线程的资源越少越好。假如不毁掉线程,而这个线程又不能被其他的使命调用,那么就会呈现资源的糟蹋。
为了进步功率,削减创立和毁掉线程带来时刻和空间上的糟蹋,呈现了线程池技能。这种技能是在开端就创立必定量的线程,批量处理一类使命,等候使命的到来。
使命履行结束后,线程又可以履行其他的使命。等不再需求线程的时分,就毁掉。这样就省去了频频创立和毁掉线程的费事。
3、java中为什么要用多线程
http://blog.sina.com.cn/s/blog_5bba80460100bfvq.html

咱们可以在核算机上运转各种核算机软件程序。每一个运转的程序或许包含多个独立运转的线程(Thread)。
线程(Thread)是一份独立运转的程序,有自己专用的运转栈。线程有或许和其他线程同享一些资源,比方,内存,文件,数据库等。
当多个线程一起读写同一份同享资源的时分,或许会引起抵触。这时分,咱们需求引进线程“同步”机制,即各位线程之间要有个先来后到,不能一窝蜂挤上去抢作一团。
同步这个词是从英文synchronize(使一起发作)翻译过来的。我也不明白为什么要用这个很简略引起误解的词。已然咱们都这么用,咱们也就只好这么迁就。
线程同步的实在意思和字面意思刚好相反。线程同步的实在意思,其实是“排队”:几个线程之间要排队,一个一个对同享资源进行操作,而不是一起进行操作。

因而,关于线程同步,需求牢牢记住的第一点是:线程同步就是线程排队。同步就是排队。线程同步的意图就是防止线程“同步”履行。这可真是个无聊的绕口令。
关于线程同步,需求牢牢记住的第二点是 “同享”这两个字。只需同享资源的读写拜访才需求同步。假如不是同享资源,那么就底子没有同步的必要。
关于线程同步,需求牢牢记住的第三点是,只需“变量”才需求同步拜访。假如同享的资源是固定不变的,那么就相当于“常量”,线程一起读取常量也不需求同步。至少一个线程修正同享资源,这样的状况下,线程之间就需求同步。
关于线程同步,需求牢牢记住的第四点是:多个线程拜访同享资源的代码有或许是同一份代码,也有或许是不同的代码;不管是否履行同一份代码,只需这些线程的代码拜访同一份可变的同享资源,这些线程之间就需求同步。

为了加深了解,下面举几个比方。
有两个采购员,他们的作业内容是相同的,都是遵从如下的进程:
(1)到商场上去,寻觅并购买有潜力的样品。
(2)回到公司,写陈述。
这两个人的作业内容尽管相同,他们都需求购买样品,他们或许买到相同品种的样品,可是他们肯定不会购买到同一件样品,他们之间没有任何同享资源。所以,他们可以各自进行自己的作业,互不搅扰。
这两个采购员就相当于两个线程;两个采购员遵从相同的作业进程,相当于这两个线程履行同一段代码。

下面给这两个采购员添加一个作业进程。采购员需求依据公司的“布告栏”上面发布的信息,组织自己的作业计划。
这两个采购员有或许一起走到布告栏的前面,一起观看布告栏上的信息。这一点问题都没有。由于布告栏是只读的,这两个采购员谁都不会去修正布告栏上写的信息。

下面添加一个人物。一个办公室行政人员这个时分,也走到了布告栏前面,预备修正布告栏上的信息。
假如行政人员先抵达布告栏,并且正在修正布告栏的内容。两个采购员这个时分,刚好也到了。这两个采购员就必须等候行政人员完结修正之后,才干观看修正后的信息。
假如行政人员抵达的时分,两个采购员现已在观看布告栏了。那么行政人员需求等候两个采购员把当时信息记录下来之后,才干够写上新的信息。
上述这两种状况,行政人员和采购员对布告栏的拜访就需求进行同步。由于其间一个线程(行政人员)修正了同享资源(布告栏)。并且咱们可以看到,行政人员的作业流程和采购员的作业流程(履行代码)完全不同,可是由于他们拜访了同一份可变同享资源(布告栏),所以他们之间需求同步。

同步锁

前面讲了为什么要线程同步,下面咱们就来看怎么才干线程同步。
线程同步的底子完成思路仍是比较简略了解的。咱们可以给同享资源加一把锁,这把锁只需一把钥匙。哪个线程获取了这把钥匙,才有权力拜访该同享资源。
日子中,咱们也或许会遇到这样的比方。一些超市的外面供给了一些自动储物箱。每个储物箱都有一把锁,一把钥匙。人们可以运用那些带有钥匙的储物箱,把东西放到储物箱里边,把储物箱锁上,然后把钥匙拿走。这样,该储物箱就被锁住了,其他人不能再拜访这个储物箱。(当然,实在的储物箱钥匙是可以被人拿走仿制的,所以不要把贵重物品放在超市的储物箱里边。所以许多超市都采用了电子密码锁。)
线程同步锁这个模型看起来很直观。可是,还有一个严峻的问题没有处理,这个同步锁应该加在哪里?
当然是加在同享资源上了。反响快的读者必定会抢先答复。
没错,假如或许,咱们当然尽量把同步锁加在同享资源上。一些比较完善的同享资源,比方,文件体系,数据库体系等,本身都供给了比较完善的同步锁机制。咱们不用别的给这些资源加锁,这些资源自己就有锁。
可是,大部分状况下,咱们在代码中拜访的同享资源都是比较简略的同享目标。这些目标里边没有当地让咱们加锁。
读者或许会提出主张:为什么不在每一个目标内部都添加一个新的区域,专门用来加锁呢?这种规划理论上当然也是可行的。问题在于,线程同步的状况并不是很遍及。假如由于这小概率事件,在一切目标内部都拓荒一块锁空间,将会带来极大的空间糟蹋。因小失大。
所以,现代的编程言语的规划思路都是把同步锁加在代码段上。确切的说,是把同步锁加在“拜访同享资源的代码段”上。这一点必定要记住,同步锁是加在代码段上的。
同步锁加在代码段上,就很好地处理了上述的空间糟蹋问题。可是却添加了模型的杂乱度,也添加了咱们的了解难度。
现在咱们就来仔细分析“同步锁加在代码段上”的线程同步模型。
首要,咱们现已处理了同步锁加在哪里的问题。咱们现已断定,同步锁不是加在同享资源上,而是加在拜访同享资源的代码段上。
其次,咱们要处理的问题是,咱们应该在代码段上加什么样的锁。这个问题是要点中的要点。这是咱们特别要留意的问题:拜访同一份同享资源的不同代码段,应该加上同一个同步锁;假如加的是不同的同步锁,那么底子就起不到同步的作用,没有任何含义。
这就是说,同步锁本身也必定是多个线程之间的同享目标。

Java言语的synchronized要害字

为了加深了解,举几个代码段同步的比方。
不同言语的同步锁模型都是相同的。仅仅表达方式有些不同。这儿咱们以当时最盛行的Java言语为例。Java言语里边用synchronized要害字给代码段加锁。整个语法方式表现为
synchronized(同步锁) {
// 拜访同享资源,需求同步的代码段
}

这儿特别要留意的就是,同步锁本身必定要是同享的目标。

… f1() {

Object lock1 = new Object(); // 发作一个同步锁

synchronized(lock1){
// 代码段 A
// 拜访同享资源 resource1
// 需求同步
}
}

上面这段代码没有任何含义。由于那个同步锁是在函数体内部发作的。每个线程调用这段代码的时分,都会发作一个新的同步锁。那么多个线程之间,运用的是不同的同步锁。底子达不到同步的意图。
同步代码必定要写成如下的方式,才有含义。

public static final Object lock1 = new Object();

… f1() {

synchronized(lock1){ // lock1 是共用同步锁
// 代码段 A
// 拜访同享资源 resource1
// 需求同步
}

你不用定要把同步锁声明为static或许public,可是你必定要确保相关的同步代码之间,必定要运用同一个同步锁。
讲到这儿,你必定会猎奇,这个同步锁到底是个什么东西。为什么随意声明一个Object目标,就可以作为同步锁?
在Java里边,同步锁的概念就是这样的。任何一个Object Reference都可以作为同步锁。咱们可以把Object Reference了解为目标在内存分配体系中的内存地址。因而,要确保同步代码段之间运用的是同一个同步锁,咱们就要确保这些同步代码段的synchronized要害字运用的是同一个Object Reference,同一个内存地址。这也是为什么我在前面的代码中声明lock1的时分,运用了final要害字,这就是为了确保lock1的Object Reference在整个体系运转进程中都坚持不变。
一些求知欲强的读者或许想要持续深化了解synchronzied(同步锁)的实践运转机制。Java虚拟机标准中(你可以在google用“JVM Spec”等要害字进行查找),有对synchronized要害字的详细解说。synchronized会编译成 monitor enter, … monitor exit之类的指令对。Monitor就是实践上的同步锁。每一个Object Reference在概念上都对应一个monitor。
这些完成细节问题,并不是了解同步锁模型的要害。咱们持续看几个比方,加深对同步锁模型的了解。

public static final Object lock1 = new Object();

… f1() {

synchronized(lock1){ // lock1 是共用同步锁
// 代码段 A
// 拜访同享资源 resource1
// 需求同步
}
}

… f2() {

synchronized(lock1){ // lock1 是共用同步锁
// 代码段 B
// 拜访同享资源 resource1
// 需求同步
}
}

上述的代码中,代码段A和代码段B就是同步的。由于它们运用的是同一个同步锁lock1。
假如有10个线程一起履行代码段A,一起还有20个线程一起履行代码段B,那么这30个线程之间都是要进行同步的。
这30个线程都要竞赛一个同步锁lock1。同一时刻,只需一个线程可以取得lock1的一切权,只需一个线程可以履行代码段A或许代码段B。其他竞赛失利的线程只能暂停运转,进入到该同步锁的安排妥当(Ready)行列。
每一个同步锁下面都挂了几个线程行列,包含安排妥当(Ready)行列,待召(Waiting)行列等。比方,lock1对应的安排妥当行列就可以叫做lock1 - ready queue。每个行列里边都或许有多个暂停运转的线程。
留意,竞赛同步锁失利的线程进入的是该同步锁的安排妥当(Ready)行列,而不是后边要叙述的待召行列(Waiting Queue,也可以翻译为等候行列)。安排妥当行列里边的线程总是时刻预备着竞赛同步锁,时刻预备着运转。而待召行列里边的线程则只能一向等候,直到比及某个信号的告诉之后,才干够转移到安排妥当行列中,预备运转。
成功获取同步锁的线程,履行完同步代码段之后,会开释同步锁。该同步锁的安排妥当行列中的其他线程就持续下一轮同步锁的竞赛。成功者就可以持续运转,失利者仍是要乖乖地待在安排妥当行列中。
因而,线程同步是十分消耗资源的一种操作。咱们要尽量操控线程同步的代码段规模。同步的代码段规模越小越好。咱们用一个名词“同步粒度”来表明同步代码段的规模。
同步粒度
在Java言语里边,咱们可以直接把synchronized要害字直接加在函数的界说上。
比方。
… synchronized … f1() {
// f1 代码段
}

这段代码就等价于
… f1() {
synchronized(this){ // 同步锁就是目标本身
// f1 代码段
}
}

相同的准则适用于静态(static)函数
比方。
… static synchronized … f1() {
// f1 代码段
}

这段代码就等价于
…static … f1() {
synchronized(Class.forName(…)){ // 同步锁是类界说本身
// f1 代码段
}
}

可是,咱们要尽量防止这种直接把synchronized加在函数界说上的偷闲做法。由于咱们要操控同步粒度。同步的代码段越小越好。synchronized操控的规模越小越好。
咱们不只需在缩小同步代码段的长度上下功夫,咱们一起还要留意细分同步锁。
比方,下面的代码

public static final Object lock1 = new Object();

… f1() {

synchronized(lock1){ // lock1 是共用同步锁
// 代码段 A
// 拜访同享资源 resource1
// 需求同步
}
}

… f2() {

synchronized(lock1){ // lock1 是共用同步锁
// 代码段 B
// 拜访同享资源 resource1
// 需求同步
}
}

… f3() {

synchronized(lock1){ // lock1 是共用同步锁
// 代码段 C
// 拜访同享资源 resource2
// 需求同步
}
}

… f4() {

synchronized(lock1){ // lock1 是共用同步锁
// 代码段 D
// 拜访同享资源 resource2
// 需求同步
}
}

上述的4段同步代码,运用同一个同步锁lock1。一切调用4段代码中任何一段代码的线程,都需求竞赛同一个同步锁lock1。
咱们仔细分析一下,发现这是没有必要的。
由于f1()的代码段A和f2()的代码段B拜访的同享资源是resource1,f3()的代码段C和f4()的代码段D拜访的同享资源是resource2,它们没有必要都竞赛同一个同步锁lock1。咱们可以添加一个同步锁lock2。f3()和f4()的代码可以修正为:
public static final Object lock2 = new Object();

… f3() {

synchronized(lock2){ // lock2 是共用同步锁
// 代码段 C
// 拜访同享资源 resource2
// 需求同步
}
}

… f4() {

synchronized(lock2){ // lock2 是共用同步锁
// 代码段 D
// 拜访同享资源 resource2
// 需求同步
}
}

这样,f1()和f2()就会竞赛lock1,而f3()和f4()就会竞赛lock2。这样,分开来别离竞赛两个锁,就可以大大较少同步锁竞赛的概率,然后削减体系的开支。

信号量

同步锁模型仅仅最简略的同步模型。同一时刻,只需一个线程可以运转同步代码。
有的时分,咱们期望处理愈加杂乱的同步模型,比方生产者/顾客模型、读写同步模型等。这种状况下,同步锁模型就不够用了。咱们需求一个新的模型。这就是咱们要叙述的信号量模型。
信号量模型的作业方式如下:线程在运转的进程中,可以自动停下来,等候某个信号量的告诉;这时分,该线程就进入到该信号量的待召(Waiting)行列傍边;比及告诉之后,再持续运转。
许多言语里边,同步锁都由专门的目标表明,目标名一般叫Monitor。
相同,在许多言语中,信号量一般也有专门的目标名来表明,比方,Mutex,Semphore。
信号量模型要比同步锁模型杂乱许多。一些体系中,信号量乃至可以跨进程进行同步。别的一些信号量乃至还有计数功用,可以操控一起运转的线程数。
咱们没有必要考虑那么杂乱的模型。一切那些杂乱的模型,都是最底子的模型衍生出来的。只需把握了最底子的信号量模型——“等候/告诉”模型,杂乱模型也就方便的解决了。
咱们仍是以Java言语为例。Java言语里边的同步锁和信号量概念都十分含糊,没有专门的目标名词来表明同步锁和信号量,只需两个同步锁相关的要害字——volatile和synchronized。
这种含糊尽管导致概念不清,但一起也防止了Monitor、Mutex、Semphore等名词带来的种种误解。咱们不用执着于名词之争,可以专心于了解实践的运转原理。
在Java言语里边,任何一个Object Reference都可以作为同步锁。相同的道理,任何一个Object Reference也可以作为信号量。
Object目标的wait()办法就是等候告诉,Object目标的notify()办法就是宣布告诉。
详细调用办法为
(1)等候某个信号量的告诉
public static final Object signal = new Object();

… f1() {
synchronized(singal) { // 首要咱们要获取这个信号量。这个信号量一起也是一个同步锁

// 只需成功获取了signal这个信号量兼同步锁之后,咱们才或许进入这段代码
signal.wait(); // 这儿要抛弃信号量。本线程要进入signal信号量的待召(Waiting)行列

// 不幸。辛辛苦苦争夺到手的信号量,就这么被抛弃了

// 比及告诉之后,从待召(Waiting)行列转到安排妥当(Ready)行列里边
// 转到了安排妥当行列中,离CPU中心近了一步,就有时机持续履行下面的代码了。
// 依然需求把signal同步锁竞赛到手,才干够真实持续履行下面的代码。命苦啊。

}
}

需求留意的是,上述代码中的signal.wait()的意思。signal.wait()很简略导致误解。signal.wait()的意思并不是说,signal开端wait,而是说,运转这段代码的当时线程开端wait这个signal目标,即进入signal目标的待召(Waiting)行列。

(2)宣布某个信号量的告诉
… f2() {
synchronized(singal) { // 首要,咱们相同要获取这个信号量。一起也是一个同步锁。

// 只需成功获取了signal这个信号量兼同步锁之后,咱们才或许进入这段代码
signal.notify(); // 这儿,咱们告诉signal的待召行列中的某个线程。

// 假如某个线程比及了这个告诉,那个线程就会转到安排妥当行列中
// 可是本线程依然持续具有signal这个同步锁,本线程依然持续履行
// 嘿嘿,尽管本线程好意告诉其他线程,
// 可是,本线程可没有那么高风亮节,抛弃到手的同步锁
// 本线程持续履行下面的代码

}
}

需求留意的是,signal.notify()的意思。signal.notify()并不是告诉signal这个目标本身。而是告诉正在等候signal信号量的其他线程。

以上就是Object的wait()和notify()的底子用法。
实践上,wait()还可以界说等候时刻,当线程在某信号量的待召行列中,比及满足长的时刻,就会等无可等,无需再等,自己就从待召行列转移到安排妥当行列中了。
别的,还有一个notifyAll()办法,表明告诉待召行列里边的一切线程。
这些细节问题,并不对全局发作影响。

绿色线程

绿色线程(Green Thread)是一个相关于操作体系线程(Native Thread)的概念。
操作体系线程(Native Thread)的意思就是,程序里边的线程会真实映射到操作体系的线程,线程的运转和调度都是由操作体系操控的
绿色线程(Green Thread)的意思是,程序里边的线程不会真实映射到操作体系的线程,而是由言语运转渠道本身来调度。
当时版别的Python言语的线程就可以映射到操作体系线程。当时版别的Ruby言语的线程就归于绿色线程,无法映射到操作体系的线程,因而Ruby言语的线程的运转速度比较慢。
难道说,绿色线程要比操作体系线程要慢吗?当然不是这样。事实上,状况或许正好相反。Ruby是一个特别的比方。线程调度器并不是很老练。
现在,线程的盛行完成模型就是绿色线程。比方,stackless Python,就引进了愈加轻量的绿色线程概念。在线程并发编程方面,不管是运转速度仍是并发负载上,都优于Python。
另一个更闻名的比方就是ErLang(爱立信公司开发的一种开源言语)。
ErLang的绿色线程概念十分完全。ErLang的线程不叫Thread,而是叫做Process。这很简略和进程混杂起来。这儿要留意区别一下。
ErLang Process之间底子就不需求同步。由于ErLang言语的一切变量都是final的,不允许变量的值发作任何改变。因而底子就不需求同步。
final变量的另一个优点就是,目标之间不或许呈现穿插引证,不或许构成一种环状的相关,目标之间的相关都是单向的,树状的。因而,内存废物收回的算法功率也十分高。这就让ErLang可以到达Soft Real Time(软实时)的作用。这关于一门支撑内存废物收回的言语来说,可不是一件简略的工作。
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