线程与进程(java)

文章目录

线程与进程核心知识学习卡片


一、基础概念

1. 什么是进程?

  • 是程序的一次执行过程;
  • 是资源分配的基本单位;
  • 拥有独立的地址空间、堆栈、文件描述符等资源。

2. 什么是线程?

  • 是 CPU 调度的基本单位;
  • 同一个进程中的多个线程共享资源;
  • 创建和切换成本比进程低。

3. 进程 vs 线程 对比表

特性 进程 线程
资源分配 独立拥有资源 共享所属进程资源
切换代价 高 低
安全性 相互隔离 易受干扰
并发性 可并行执行 更高效并发

二、线程状态与生命周期

Java 中线程的六种状态:

状态 描述
NEW 线程对象已创建但尚未启动
RUNNABLE 可运行状态(包括正在运行和等待 CPU)
BLOCKED 等待获取锁进入 synchronized 代码块或方法
WAITING 等待其他线程唤醒(如调用 Object.wait())
TIMED_WAITING 在指定时间内等待(如 sleep(), wait(timeout))
TERMINATED 线程已经结束

三、常见问题解答(FAQ)

Q1:什么是上下文切换?

上下文切换是 CPU 从一个线程(或进程)切换到另一个线程的过程。频繁切换会带来性能损耗。

Q2:什么是守护线程?

守护线程是一种为其他线程提供服务的线程,如垃圾回收器。JVM 不会因为守护线程而阻止退出。

Q3:什么是死锁?如何避免?

死锁是多个线程互相等待对方释放资源导致都无法继续执行。

  • 避免方式:
    • 按固定顺序加锁;
    • 使用 tryLock;
    • 避免嵌套锁;

Q4:synchronized 和 ReentrantLock 的区别?

特性 synchronized ReentrantLock
加锁方式 自动加锁解锁 手动控制 lock/unlock
尝试锁 不支持 支持 tryLock
超时机制 不支持 支持
公平性 默认非公平 可设置为公平锁

Q5:volatile 关键字的作用是什么?能代替锁吗?

volatile 保证变量的可见性和禁止指令重排序,但不保证原子性,不能完全替代锁。

Q6:Thread.sleep() 和 Object.wait() 的区别?

对比点 Thread.sleep() Object.wait()
是否释放锁 ❌ 不释放 ✅ 释放
唤醒方式 时间到了自动恢复 需要调用 notify/notifyAll
使用前提 无 必须在同步代码块中调用

四、线程池详解

1. 为什么要用线程池?

  • 提高响应速度;
  • 控制最大并发数;
  • 统一管理线程生命周期;
  • 减少线程创建销毁开销;

2. 核心参数说明

java 复制代码
ThreadPoolExecutor(
    int corePoolSize,      // 核心线程数
    int maximumPoolSize,   // 最大线程数
    long keepAliveTime,    // 非核心线程空闲存活时间
    TimeUnit unit,         // 时间单位
    BlockingQueue<Runnable> workQueue, // 任务队列
    ThreadFactory threadFactory,       // 线程工厂
    RejectedExecutionHandler handler) // 拒绝策略

3. 工作流程图解

  1. 如果当前线程数 < corePoolSize → 新建线程处理;
  2. 如果 >= corePoolSize 且队列未满 → 加入队列等待;
  3. 如果队列已满 且线程数 < maxPoolSize → 新建线程处理;
  4. 如果线程数已达 maxPoolSize 且队列已满 → 触发拒绝策略;

4. 常见拒绝策略

策略 描述
AbortPolicy 默认策略,抛出异常
CallerRunsPolicy 由调用者线程自己执行该任务
DiscardPolicy 默默丢弃任务
DiscardOldestPolicy 丢弃队列中最老的任务

五、进阶理解

Java 中的线程模型是哪种?

Java 使用的是 一对一模型(1:1),每个 Java 线程对应一个 OS 线程。

线程池是否应该关闭?如果不关闭会怎样?

应该关闭线程池,否则可能导致内存泄漏、程序无法正常退出。

正确做法示例:

java 复制代码
executor.shutdown(); 
if (!executor.awaitTermination(60, TimeUnit.SECONDS)) {
    executor.shutdownNow();
}

六、类比与比喻

类比 描述
进程 = 公司 拥有自己的地址、员工、资产
线程 = 员工 共享公司资源,各自工作,崩溃可能影响整个公司
线程池 = 外包团队 事先准备好人员,按需调用,统一管理

七、推荐学习资料

类型 推荐内容
📚 书籍 《操作系统导论》《Java并发编程实战》《深入理解计算机系统》
🎥 视频 B站清华大学操作系统课程、极客时间《Java并发编程实战课》
🧪 工具 VS Code + Markdown 插件、Typora、Draw.io(画图)

✅ 总结一句话

线程和进程是操作系统和并发编程的核心基础,掌握它们的概念、状态、调度、协作机制,是你写出高性能、稳定、安全程序的关键。

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