1.1　进程和线程的定义及多线程的优点

本书主要介绍在Java语言中使用的多线程技术，但讲到多线程技术时不得不提及“进程”这个概念，百度百科里对“进程”的定义如图1-1所示。

图1-1　进程的定义

这段文字十分抽象，难以理解，那么再来看如图1-2所示的内容。

图1-2　Windows 7系统中的进程列表

难道一个正在操作系统中运行的exe程序就可以理解成一个“进程”？没错！

通过查看“Windows任务管理器”中的列表，完全可以将运行在内存中的exe文件理解成进程。进程是受操作系统管理的基本运行单元。

程序是指令序列，这些指令可以让CPU做指定的任务。*.java程序经编译后形成*.class文件。在IDE中运行*.class文件相当于在操作系统中启动一个JVM虚拟机进程，在该虚拟机进程中加载*.class文件并运行，*.class文件通过执行创建其他新线程的代码来执行具体的任务。

使用如下测试代码来验证运行一个class文件就是创建一个新的JVM虚拟机进程：

---

public class Test1 {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            Thread.sleep(Integer.MAX_VALUE);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

---

在没有运行这个类之前，任务管理器中以j开头的进程列表如图1-3所示。

图1-3　任务管理器中以j开头的进程

图1-4　创建了3个javaw.exe进程

Test1类重复运行3次后的进程列表如图1-4所示。可以看到，在任务管理器中创建了3个javaw.exe进程，说明每运行1次*.class文件就创建一个javaw.exe进程，其本质上就是JVM虚拟机进程。

那什么是线程呢？线程可以理解为在进程中独立运行的子任务，比如QQ.exe运行时，很多子任务也同时在运行，如好友视频线程、下载文件线程、传输数据线程、发送表情线程等，这些不同的任务或者说功能都可以同时运行，其中每一项任务完全可以理解成是“线程”在工作，传文件、听音乐、发送图片表情等这些功能都有对应的线程在后台默默地运行。

进程负责向操作系统申请资源。在一个进程中，多个线程可以共享进程中相同的内存或文件资源。先有进程，后有线程。在一个进程中可以创建多个线程。

进程和线程的总结如下。

1）进程虽然是互相独立的，但它们可以互相通信，较为通用的方式是使用Socket或HTTP协议。

2）进程拥有共享的系统资源，比如内存、网络端口，供其内部线程使用。

3）进程较重，因为创建进程需要操作系统分配资源，会占用内存。

4）线程存在于进程中，是进程的一个子集，先有进程，后有线程。

5）虽然线程更轻，但线程上下文切换的时间成本非常高。

使用多线程有什么优点呢？其实如果大家有使用“多任务操作系统”的经验，比如Windows系列，那么对它的方便性应该都有体会：使用多任务操作系统Windows可以大幅利用CPU的空闲时间来处理其他任务，比如可以一边让操作系统处理正在用打印机打印的数据，一边使用Word编辑文档。CPU在这些任务中不停地切换，由于切换的速度非常快，给使用者的感受就是这些任务在同时运行，所以使用多线程技术可以在同一时间内做更多不同种类的任务。

为了更加有效地理解多线程的优势，下面先来看看单任务运行环境示意图，如图1-5所示。

图1-5　单任务运行环境

图1-6　多任务运行环境

如图1-5所示，任务1和任务2是两个完全独立、不相关的任务。任务1在等待远程服务器返回数据，以便进行后期处理，这时CPU一直处于等待状态，在“空运行”。任务2在10秒后运行，虽然执行任务2用的时间非常短，仅仅是1秒，但也必须等任务1运行结束后才可以运行，而且本程序是运行在单任务环境中，所以任务2的等待时间非常长，系统运行效率大幅降低。单任务的特点就是排队执行，也就是同步，就像在cmd中输入一条命令后，必须等待这条命令执行完才可以执行下一条命令一样。在同一时间只能执行一个任务，CPU利用率大幅降低，这就是单任务环境的缺点。

多任务运行环境如图1-6所示。

在图1-6中可以发现，CPU完全可以在任务1和任务2之间来回切换，使任务2不必等到10秒之后再运行，系统和CPU的运行效率大大提升，这就是为什么要使用多线程技术，为什么要学习多线程。多任务的特点是在同一时间内可以执行多个任务，这也是多线程技术的优点。使用多线程就是在使用异步。

在通常情况下，单任务与多任务的实现与操作系统有关，比如在一台电脑上使用同一个CPU，安装DOS磁盘操作系统只能实现单任务运行环境，而安装Windows操作系统则可以实现多任务运行环境。

在什么场景下使用多线程技术？笔者总结了两点。

1）阻塞：一旦系统中出现了阻塞现象，则可以根据实际情况来使用多线程提高运行效率。

2）依赖：业务分为两个执行过程，分别是A和B，当A业务有阻塞的情况发生时，B业务的执行不依赖A业务的执行结果，这时可以使用多线程来提高运行效率；如果B业务依赖A业务的执行结果，则不需要使用多线程技术，按顺序串行执行即可。

在实际的开发应用中，不要为了使用多线程而使用多线程，要根据实际场景决定。

注意

多线程是异步的，所以千万不要把IDE里代码的顺序当作线程执行的顺序，线程被调用的时机是随机的。