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线程基础:线程(1)——操作系统和线程原理

1、概述

我在写“系统间通信技术专栏”的时候,收到很多读者的反馈。其中有一部分读者希望我抽空写一写自己关于对JAVA线程的使用经验和总结。巧的是,这个月我所在的技术团队也有很多同事跟我讨论关于JAVA中线程的操作。正好本月我工作也不是很忙,除了继续推进我的重点专栏“系统间通信技术”外,可以更多的空余时间跟各位读者分享自己对JAVA线程技术的理解和使用经验。

本人不才,应读者要求新开专栏,与各位读者分享自己对JAVA线程技术的理解和使用经验。这个专栏将分成两个部分:线程基础知识和锁知识。专栏的难度应该是我所开专栏中难度最低的一个,着重于线程基础知识的讲解,更适合JAVA初学者阅读,目的是希望能够帮助大家提高codeing水平和程序质量。如果您是经验老道的高手也欢迎和本人讨论相关问题,对本人文章的论点进行勘误,您的支持是我写作的关键动力。当然本人的更多精力还是放在继续完成“系统间通信技术”这个专栏。(本系列的博客文章将不会置顶)

2、操作系统和线程原理

线程是一个操作系统级别的概念。JAVA语言(包括其他编程语言)本身不创建线程;而是调用操作系统层提供的接口创建、控制、销毁线程实例。

线程基础:线程(1)——操作系统和线程原理

  • 首先要说明的是,根据操作系统的不同(Windows/Unix/Linux/其他),他们所支持的线程底层实现和操作效果也是不尽相同的。不过一个操作系统支持的线程至少会有四种状态:就绪、执行、阻塞和终结。线程在四种状态下进行切换,都是要消耗不少的CPU计算能力的

  • 并且根据操作系统使用线程的进程的不一样,线程还分为用户线程和操作系统线程。操作系统线程(内核线程),是指操作系统内核为了完成硬件接口层操作,由操作系统内核创建的线程:例如I/O操作的内核线程,这些线程应用程序是不能干预的;用户线程,是指用户安装/管理的应用程序,为执行某一种操作,而由这个应用程序创建的线程。后文我们讨论的JAVA线程,都是用户级线程

  • 线程在创建时,操作系统不会为这个线程分配独立的资源(除了必要的数据支撑)。一个应用程序(进程)下的所有线程,都是共享这个应用程序(进程)中的资源,例如这个应用程序的CPU资源、I/O资源、内存资源。

  • 现在基本上主流操作系统都支持多线程实现。即一个应用程序中(一个进程中),可以创建多个线程。一个应用程序下,各个线程间都可以进行通讯、可以进行状态互操作。且一个进程中,至少有一个线程存在。

3、JAVA中最简单的线程示例

JAVA中提供了丰富的操作系统接口实现,帮助我们进行线程操作。这些实现分布在java的java.lang基础包、java.io基础包和java.util.concurrent工具包当中;这个专栏所涉及到的代码示例也会从易到难向大家进行演示。我们先来看看JAVA中最基本的线程操作实现(高手请绕行)。

3-1、Thread父类

java.lang.Thread类是JAVA中用于实现线程操作的最基本的类之一。您可以创建一个集成Thread类的子类来定义您自己的线程实现:

package test.thread.base;

import org.apache.commons.logging.Log;
import org.apache.commons.logging.LogFactory;
import org.apache.log4j.BasicConfigurator;

public class MyDefindThread extends Thread {

    static {
        BasicConfigurator.configure();
    }

    /**
     * 日志。一定要使用Log4j才行。否则你就用System.out吧
     */
    private static final Log LOGGER= LogFactory.getLog(MyDefindThread.class);

    /* (non-Javadoc)
     * @see java.lang.Thread#run()
     */
    @Override
    public void run() {
        Long threadId =  this.getId();
        MyDefindThread.LOGGER.info("线程(" + threadId + ")做了一些事情,然后结束了。");
    }

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        new MyDefindThread().start();
    }
}

3-2、Runable接口

除了可以继承java.lang.Thread类来定义自己的线程外,您还可以实现java.lang.Runnable接口来定义一个线程(一般情况,我们优先使用这种方式):

package test.thread.base;

import org.apache.commons.logging.Log;
import org.apache.commons.logging.LogFactory;
import org.apache.log4j.BasicConfigurator;

public class MyDefindRunnable implements Runnable {

    static {
        BasicConfigurator.configure();
    }

    /**
     * 日志。一定要使用Log4j才行。否则你就用System.out吧
     */
    private static final Log LOGGER= LogFactory.getLog(MyDefindThread.class);

    /* (non-Javadoc)
     * @see java.lang.Runnable#run()
     */
    @Override
    public void run() {
        // 获取当前线程的ID
        long threadId = Thread.currentThread().getId();
        MyDefindRunnable.LOGGER.info("线程(" + threadId + ")做了一些事情,然后结束了。");
    }

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        new Thread(new MyDefindRunnable()).start();
    }
}

以上的两段代码都没有太多可讲解的。您可以在调试环境下观察到JAVA应用程序是如何运行线程的:

线程基础:线程(1)——操作系统和线程原理

4、下文介绍

下一篇文章中,我们将继续介绍Java所支持的线程间基本互操作,包括:阻塞、唤醒、终止等操作;然后介绍Java原生线程池的工作原理和基本操作。



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