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多執行緒程式設計——基礎篇 (一)

  [寫在前面]

  隨著計算機技術的發展,程式設計模型也越來越複雜多樣化。但多執行緒程式設計模型是目前計算機系統架構的最終模型。隨著CPU主頻的不斷攀升,X86架構的硬體已經成為瓶,在這種架構的CPU主頻最高為4G。事實上目前3.6G主頻的CPU已經接近了頂峰。

  如果不能從根本上更新當前CPU的架構(在很長一段時間內還不太可能),那麼繼續提高CPU效能的方法就是超執行緒CPU模式。那麼,作業系統、應用程式要發揮CPU的最大效能,就是要改變到以多執行緒程式設計模型為主的並行處理系統和併發式應用程式。

  所以,掌握多執行緒程式設計模型,不僅是目前提高應用效能的手段,更是下一代程式設計模型的核心思想。多執行緒程式設計的目的,就是"最大限度地利用CPU資源",當某一執行緒的處理不需要佔用CPU而只和I/O,OEMBIOS等資源打交道時,讓需要佔用CPU資源的其它執行緒有機會獲得CPU資源。從根本上說,這就是多執行緒程式設計的最終目的。

  [第一需要弄清的問題]

  如同程式和程序的區別,要掌握多執行緒程式設計,第一要弄清的問題是:執行緒物件和執行緒的區別

  執行緒物件是可以產生執行緒的物件。比如在java平臺中Thread物件,Runnable物件。執行緒,是指正在執行的一個指點令序列。在java平臺上是指從一個執行緒物件的start()開始,執行run方法體中的那一段相對獨立的過程。

  鑑於作者的水平,無法用更確切的詞彙來描述它們的定義。但這兩個有本質區別的概念請初學者細細體會,隨著介紹的深入和例程分析的增加,就會慢慢明白它們所代表的真實含義。

  天下難事必始於易,天下大事必始於細。

  讓我們先從最簡單的"單執行緒"來入手:(1)帶引號說明只是相對而言的單執行緒,(2)基於java。

    class BeginClass{
        public static void main(String[] args){
            for(int i=0;i<100;i++)
                System.out.println("Hello,World!");
        }
    }

  如果我們成功編譯了該java檔案,然後在命令列上敲入:

  java BeginClass

  現在發生了什麼呢?每一個java程式設計師,從他開始學習java的第一分鐘裡都會接觸到這個問

  題,但是,你知道它到底發生發什麼?

  JVM程序被啟動,在同一個JVM程序中,有且只有一個程序,就是它自己。然後在這個JVM環境中,所有程式的執行都是以執行緒來執行。JVM最先會產生一個主執行緒,由它來執行指定程式的入口點。在這個程式中,就是主執行緒從main方法開始執行。當main方法結束後,主執行緒執行完成。JVM程序也隨之退出。

  我們看到的是一個主執行緒在執行main方法,這樣的只有一個執行緒執行程式邏輯的流程我們稱

  之為單執行緒。這是JVM提供給我們的單執行緒環境,事實上,JVM底層還至少有垃圾回收這樣的後臺執行緒以及其它非java執行緒,但這些執行緒對我們而言不可訪問,我們只認為它是單執行緒的。

  主執行緒是JVM自己啟動的,在這裡它不是從執行緒物件產生的。在這個執行緒中,它運行了main方法這個指令序列。理解它,但它沒有更多可以研究的內容。

  [接觸多執行緒]

    class MyThread extends Thread{
        public void run(){
            System.out.println("Thread say:Hello,World!");
        }
    }

    public class MoreThreads{
        public static void main(String[] args){
            new MyThread();
            new MyThread().start();
            System.out.println("Main say:Hello,World");
        }
    }

  執行這個程式,main方法第一行產生了一個執行緒物件,但並沒有執行緒啟動。

  main方法第二行產生了一個執行緒物件,並啟動了一個執行緒。

  main方法第三行,產生並啟動一個執行緒後,主執行緒自己也繼續執行其它語句。

  我們先不研究Thread物件的具體內容,稍微來回想一下上面的兩個概念,執行緒物件執行緒。在JAVA中,執行緒物件是JVM產生的一個普通的Object子類。而執行緒是CPU分配給這個物件的一個執行過程。我們說的這個執行緒在幹什麼,不是說一個執行緒物件在幹什麼,而是這個執行過程在幹什麼。如果一時想不明白,不要急,但你要記得它們不是一回事就行了。

  累了吧?為不麼不繼續了?

  基於這種風格來介紹多執行緒,並不是每個人都喜歡和接受的,如果你不喜歡,正好不浪費你的時間了,而如果你接受的話,那就看下一節吧。