一文講明白Java中執行緒與程序、併發與並行、同步與非同步

JavaBuild發表於2024-03-05
Java執行緒並行非同步

寫在開頭

ok，everybody，在過去的兩週內，我們大體上講完了Java的集合，在最後我們探討了關於HashMap執行緒不安全的原因，又提出了ConcurrentHashMap這個執行緒安全的集合解決方案，那麼在接下來的2-3周內，我們就一起來學習一下Java中的併發多執行緒。
在開始學習之前，我們必須要搞清楚幾個概念：執行緒與程序、併發與並行、同步與非同步。

執行緒與程序

Java的併發指的是多執行緒，而與多執行緒對應的有個程序的概念，啥是程序呢？我們透過CTRL+SHIFT+ESC組合快捷鍵開啟電腦的工作管理員，我們就看到了如下的這幅圖。

這裡面執行的每一條就是一個程序，它是程式執行時的一個例項，作業系統會為每個程序分配獨立的記憶體地址空間，因此，程序也是系統進行資源分配和排程的基本單位。

而執行緒是比程序更小的執行單位，是程序的子任務，因此它本身不會獨立存在，系統不會為執行緒分配記憶體，執行緒組之間只能共享所屬程序的資源，而執行緒僅僅是CPU 排程和分派的基本單位，當前執行緒 CPU 時間片用完後，會讓出 CPU 等下次輪到自己時候在執行。

程序與執行緒的關係

  1. 一個程式至少一個程序，一個程序至少一個執行緒，程序中的多個執行緒是共享程序的資源（堆，字串常量池(JDK1.8)/方法區(JDK1.7)）；

  2. 一個程序中有多個執行緒，多個執行緒共享程序的堆和方法區資源，但是每個執行緒有自己的程式計數器，棧區域;

  3. Java 中當我們啟動 main 函式時候就啟動了一個 JVM 的程序，而 main 函式所線上程就是這個程序中的一個執行緒，也叫做主執行緒。 我們透過JMX(Java Management Extensions)管理器去監控一下JVM，看下面這段程式碼示例：
    【程式碼示例1】

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        // 獲取 Java 執行緒管理 MXBean
        ThreadMXBean threadMXBean = ManagementFactory.getThreadMXBean();
        // 不需要獲取同步的 monitor 和 synchronizer 資訊，僅獲取執行緒和執行緒堆疊資訊
        ThreadInfo[] threadInfos = threadMXBean.dumpAllThreads(false, false);
        // 遍歷執行緒資訊，僅列印執行緒 ID 和執行緒名稱資訊
        for (ThreadInfo threadInfo : threadInfos) {
            System.out.println("[" + threadInfo.getThreadId() + "] " + threadInfo.getThreadName());
        }
    }
}

輸出：

[6] Monitor Ctrl-Break //監控Ctrl-Break中斷訊號的執行緒
[5] Attach Listener //新增事件
[4] Signal Dispatcher // 分發處理給 JVM 訊號的執行緒
[3] Finalizer //呼叫物件 finalize 方法的執行緒
[2] Reference Handler //清除 reference 執行緒
[1] main //main 執行緒,程式入口

由此可見一個JVM程序在執行時，包含了很多個子執行緒。

併發與並行

並行： 指兩個或兩個以上事件或活動在同一時刻發生。如多個任務在多個 CPU 或 CPU 的多個核上同時執行，不存在 CPU 資源的競爭、等待行為。
併發： 併發指在某時刻只有一個事件在發生，某個時間段內由於 CPU 交替執行，可以發生多個事件，存在對 CPU 資源進行搶佔。

同步與非同步

同步： 發出一個呼叫之後，在沒有得到結果之前， 該呼叫就不可以返回，一直等待。
非同步： 呼叫在發出之後，不用等待返回結果，該呼叫直接返回。

結尾彩蛋

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