Java多線程（一）、理解進程與多線程的概念及關係

一、什麼是進程？

簡單理解，在多任務係統中，每個獨立運行的程序就是一個進程，也可以理解為當前正在運行的每個程序都是一個進程。我們現在使用的操作係統大都是多任務係統的，如：Windows、Linux、Mac OS X、Unix等。因為單個CPU在同一時刻隻能執行一個程序，這是鐵律。但在係統中單個CPU又怎麼能同時執行多個程序呢？實際情況這是由操作係統負責對CPU資源進行調度和分配管理的，雖然單個CPU在某一時刻隻能做一件事，但是它以非常小的時間間隔切換來執行多個程序，人用弱眼根本無法察覺CPU在來回交替執行多個程序，所以給人以在同一時刻同時執行多個程序的感覺。如果我們同時打開兩個記事本程序A和B，這就是兩個不同的進程，A編輯的文稿不會影響到B。因為每個進程都有獨立的代碼和數據存儲空間，操作的都是自己空間的數據，所以互不影響。

二、什麼是線程？

一個進程中可以包含一個或多個線程，一個線程就是程序內部的一條執行線索。在單線程中，當程序啟動時，就自動產生了一個線程，這個線程稱為主線程。主函數main就是在這個線程上運行的，然後主函數按照程序代碼的調用順序依次往下執行。在這種情況下，當主函數調用了子函數，主函數必須等待子函數返回以後才能繼續往下執行，不能實現兩段代碼交替執行的效果。如果要在一個程序中交替執行多段代碼，就需要產生多個線程，並指定每個線程上所要運行的程序代碼，這就是多線程。在Java中創建多線程有兩種方法：繼承java.lang.Thread類和實現Runnable接口，並調用Thread類的start方法來啟動線程。

三、進程與線程場景分析與理解

1> 計算機的核心是CPU，承擔了所有的計算任務。它就好比一座工廠，時刻都在運行。為工廠中的每個部件提供疏通與處理的服務。

2> 假設這座工廠的電力有限，一次隻能供給一個車間使用，也就是說一個車間開工的時候，其它車間都必須停工。背後的意思就是說一個CPU同一時間隻能執行一個任務（進程）。

3> 進程就好比工廠的車間，任一時刻都隻有一個車間在開工生產，其它車間都處於停工狀態。背後的意思就是說，CPU在任一時刻總是隻能運行單個進程，其它進程都處於非活動狀態。

4> 一個車間裏可以有很多個工人，它們協同完成一個任務。比如一個手機生產車間，張三負責主板的安裝與調試，李四負責顯示屏的測試與加工，王五負責手機零件的組裝等。線程就好比這車間裏的工人，一個進程包含了多個線程，它們各自負責完成自己的任務。

5> 車間裏的空間是工人們共享的，比如車間裏的許多房間（如：加工房、生產房、組裝房等），這些車間裏的每個房間，工人們都是可以隨意走動、進出的。這就象征者一個進程的內存空間是共享的，該進程中的所有線程都可以使用這片內存空間。

6> 可是車間裏每間房間的大小是不同的。有些房間最多隻能容納1個人，比如廁所，裏麵有人的時候，你就不能再進去了，需要等裏麵的人出來了你才能進去。也就是說當一個線程在使用某塊共享內存的時候，其它線程必須等待它使用結束之後，其它線程才能使用這塊內存。

7> 一個訪止他人進入的簡單辦法，就是進入廁所之後，在外麵掛一把鎖。先到的人進入廁所後鎖上門，後到的人看到廁所上鎖了，就在門口排隊，等鎖打開了再進去。這就是"互斥鎖"（mutex），防止多個線程同時讀寫某一塊內存區域中的數據。在Java中使用synchronized關鍵字實現多個線程之間的互斥。

8> 還有些房間，可以同時容納N個人，比如說廚房。如果人數大於N，多出來的人數隻能在外麵等著，等待其它人出來之後才能進去。這就好比某些共享內存區域，隻供固定數目的線程訪問。

這時的解決方式就是在門外掛N把鎖，進去的人就取一把鎖，出來時把鎖掛回原處。後到的人發現鑰匙架空了，就知道在門外排隊等著了。這種做法叫做“信號量(Semaphore)”，用來保證多個線程不會互相衝突。