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Java并发

news 来源：原创 2025/6/1 11:47:42

一、进程和线程

进程：

程序的一次执行过程，是系统运行程序的基本单位，因此进程是动态。系统运行一个程序即是一个进程从创建，运行到消亡的过程。

在Java中，当我们启动main函数时其实就是启动了一个JVM进程，而main函数所在的线程就是这个进程中的一个线程，也称主线程。

线程：

线程是比进程更小的执行单位。一个进程执行过程中可以产生多个线程。

与进程不同的是同类的多个线程共享进程的堆和方法区资源，但是每个线程有自己的程序计数器、虚拟机栈和本地方法栈，因此系统在产生/切换线程时代价比进程小得多-----线程也成为轻量级进程。

线程与进程的关系、区别和优缺点：

一个进程中可以有多个线程，多个线程共享进程的堆和方法区 (JDK1.8 之后的元空间)资源，但是每个线程有自己的程序计数器、虚拟机栈 和 本地方法栈。

线程是进程划分成的更小的运行单位。线程和进程最大的不同在于基本上各进程是独立的，而各线程则不一定，因为同一进程中的线程极有可能会相互影响。线程执行开销小，但不利于资源的管理和保护；而进程正相反。

程序计数器、虚拟机栈和本地方法栈私有原因：

程序计数器：

程序计数器功能：①字节码解释器通过改变程序计数器来依次读取指令，从而实现代码的流程控制--------顺序执行、选择、循环等 ②多线程情况下，程序计数器用于记录当前线程执行的位置，当线程切换时能够继续该线程原操作。

Java程序执行流程：

编写源代码文件（.java后缀）---> Java编译器编译源代码转为字节码（.class后缀）---> Java虚拟机（JVM）加载.class文件中的字节码 ---> 字节码解释器解释字节码并执行 + JIT编辑器在运行时将热点代码编译为机器代码提高性能 ---> 执行程序（JVM执行字节码或机器代码，管理内存、线程等）---> 运行时管理（JVM负责内存分配、垃圾回收）

程序计数器参与部分：

当 JVM 加载字节码时，程序计数器会为每个线程分配一个独立的计数器
在执行字节码的过程中，程序计数器指向当前正在执行的字节码指令的地址。
每当一条指令执行完成后，程序计数器会更新，指向下一条要执行的指令。
当方法被调用时，程序计数器保存当前指令的位置，以便在方法返回时能够继续执行。
这对于支持多线程和方法调用非常重要，确保线程之间的独立执行顺序。

（当一个方法被调用时，程序计数器会保存调用该方法时的下一条指令的位置。这意味着在方法执行完成后，可以返回到正确的位置继续执行）

程序计数器私有主要是为了线程切换后能恢复到正确的执行位置。

虚拟机栈和本地方法栈：

虚拟机栈功能：

每个 Java 方法在执行之前会创建一个栈帧用于存储局部变量表、操作数栈、常量池引用等信息。从方法调用直至执行完成的过程，就对应着一个栈帧在 Java 虚拟机栈中入栈和出栈的过程。

本地方法栈功能：

与虚拟机栈相似------虚拟机栈为虚拟机执行Java方法服务，而本地方法栈为虚拟机使用到的本地（Native）方法服务。

Native方法：

是Java 程序中声明的，可以在底层使用其他语言（如 C 或 C++）实现的功能，通常用于访问系统资源或提高性能。

虚拟机栈和本地方法栈私有是为了保证线程中的局部变量不被别的线程访问到

二、线程创建

线程创建方式：

①继承Thread类

每个线程都是一个 Thread 实例，调用 start() 方法后会执行 run() 方法。系统为每个线程分配资源和调度。

class MyThread extends Thread {@Overridepublic void run() {System.out.println("Thread is running");}
}// 使用
MyThread thread = new MyThread();
thread.start();

②实现Runnable接口

创建一个 Runnable 对象，并将其传递给 Thread。调用 start() 时，线程会执行 Runnable 的 run() 方法，线程与任务分离，便于复用。

class MyRunnable implements Runnable {@Overridepublic void run() {System.out.println("Runnable is running");}
}// 使用
Thread thread = new Thread(new MyRunnable());
thread.start();

③Callable接口

与 Runnable 类似，但 Callable 可以返回结果并抛出异常。使用 FutureTask 来管理线程的结果和状态。

import java.util.concurrent.Callable;
import java.util.concurrent.FutureTask;class MyCallable implements Callable<String> {@Overridepublic String call() {return "Callable is running";}
}// 使用
FutureTask<String> futureTask = new FutureTask<>(new MyCallable());
Thread thread = new Thread(futureTask);
thread.start();

④使用线程池

线程池重用线程，减少创建和销毁线程的开销。线程由 ExecutorService 管理，可以通过提交任务来控制线程的执行。

import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(2);
executorService.submit(() -> System.out.println("Task is running in thread pool"));
executorService.shutdown();

⑤CompletableFuture类

基于 Future 和 Executor，支持异步编程和链式调用。它实现了非阻塞的方式来处理并发任务，允许更灵活的组合和错误处理。

import java.util.concurrent.CompletableFuture;CompletableFuture<Void> future = CompletableFuture.runAsync(() -> {System.out.println("CompletableFuture is running");
});
future.join(); // 等待任务完成

非阻塞：在当前线程下创建线程池（默认ForkJoinPool）来执行异步任务