【从零开始学习JAVA | 第三十七篇】初识多线程

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前言：

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引入：

多线程：

        什么是多线程：

        多线程的意义：

        多线程的应用场景：

总结：

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前言：

                本章节我们将开始学习多线程，多线程是一个很重要的知识点，他在我们实际开发中应用广泛并且基础，可以说掌握多线程编写程序是每一个程序员都应当必备的技能，很多小伙伴也会吐槽多线程比较难，但因为其实用性和广泛性，我们一定要学好多线程。

引入：

在现代社会，计算机已经渗透到了我们生活的方方面面。我们使用计算机来处理各种任务，从简单的文档编辑到复杂的数据分析和图像处理。然而，你是否曾想过，当我们的计算机只能运行单个任务时，我们是否能够充分发挥其潜力，实现更高效的处理能力呢？

想象一下，你正在处理一个巨大的数据集，并且需要对其中的每个元素进行计算。在单线程的情况下，你会发现程序需要花费很长的时间来完成这些计算，同时你的计算机的其他资源却处于闲置状态。这是不是让你感到有些无奈？

正是在这样的背景下，多线程技术应运而生。多线程允许我们同时执行多个任务，并将计算机的资源充分利用起来。通过将任务分解为多个线程，并让它们并行执行，我们可以极大地提高程序的执行效率，缩短处理时间，甚至解决一些繁重任务下难以应付的问题。

多线程：

        什么是多线程：

介绍多线程之前我们先来介绍一下什么是线程：

在Java中，线程（Thread）是程序执行的最小单位，是进程中的一个执行流程。每个Java程序都至少有一个主线程（Main Thread），主线程从程序的main()方法开始执行。除了主线程外，我们可以通过创建线程对象来创建多个辅助线程，实现多线程并发执行的效果。

线程是操作系统能够进行调度的最小单位，他被包含在进程之中，是进程的实际运作单位。

在Java中，进程（Process）是一个正在运行的程序的实例。进程是操作系统分配资源的基本单位，每个进程有自己独立的内存空间和系统资源。在Java中，通过运行Java程序（类）来创建进程。

每个Java程序至少有一个进程，即Java虚拟机（Java Virtual Machine，JVM）进程。JVM是一个独立的进程，它负责解释和执行Java程序的字节码指令。

当我们运行一个Java程序时，系统会为该程序创建一个新的进程。该进程会分配内存空间，加载和执行程序代码，并为程序分配所需的资源。Java程序可以包含多个线程，这些线程在同一个进程中并发执行。

放到计算机中，进程就是程序的基本执行实体。

 我们在电脑的任务管理器中可以看到各种各样的进程

我们以电脑杀毒软件为例：

我们既可以在这个界面进行电脑加速，又可以在其他界面进行电脑杀毒。而此时电脑杀毒软件就是一个进程，电脑加速和电脑杀毒就是两个线程。

而这样互相独立的，可以同时运行的功能（线程）有多个，就形成了多线程。

        多线程的意义：

1. 提高程序的执行效率：多线程可以使程序同时执行多个任务，有效地利用多核处理器的并行计算能力。通过将任务分配给不同的线程，可以加速程序的执行速度，提高整体的处理能力。

2. 改善系统的响应性：在单线程程序中，如果一个任务的执行时间很长，会导致整个程序的阻塞，用户界面无法响应。而采用多线程的方式，可以将长时间运行的任务放在独立的线程中执行，主线程可以继续处理其他任务，保持程序的响应性，提升用户体验。

3. 实现并发编程：多线程可以实现并发编程，即多个线程同时运行，共享数据和资源。通过合理地设计和管理线程，可以在复杂的应用程序中实现并发操作，提高程序的灵活性和效率。

4. 支持复杂的任务分解和协同处理：多线程使得复杂的任务可以被分解为多个更小的子任务，并由不同的线程并行处理。这样可以更好地利用系统资源，提高任务的分解和协同处理的效率。

5. 支持实时应用和多任务处理：多线程可以实现实时应用程序和多任务处理。通过将不同的任务分配给不同的线程，可以更好地控制和管理系统中的任务执行，满足实时性要求。

        多线程的应用场景：

1. 数据处理和计算密集型任务：当需要对大量数据进行处理、复杂计算或算法运算时，多线程可以将任务分解为多个子任务并并行执行，提高处理速度和效率。例如，图像处理、视频编码、信号处理、科学计算等领域都可以受益于多线程。
2. 网络通信和服务器处理：在网络应用程序中，多线程常用于处理同时到达的网络请求或客户端连接。每个请求或连接可以分配给独立的线程来处理，提高服务器的并发处理能力。例如，Web服务器、聊天应用、文件传输等都可以使用多线程来同时处理多个客户端请求。
3. 图形界面和交互应用：多线程可以改善图形界面应用程序的响应性。通过将长时间运行的任务放在后台线程中执行，可以保持主线程的响应，提高用户界面的流畅度和用户体验。例如，在游戏开发中，可以用多线程来实现游戏逻辑、图形渲染和用户交互等并行处理。
4. 异步编程和并发控制：多线程可以用于实现异步编程模型，通过创建多个线程来实现并发操作和任务协同。例如，在并发编程框架中，多线程可用于处理各种并发任务，如并行计算、资源管理、事件处理等。
5. 实时应用和多任务处理：多线程在实时应用程序中非常有用。通过合理管理多个线程的执行和优先级，可以实现对实时任务的快速响应和处理。例如，在实时控制系统、机器人控制、音视频流处理等领域，多线程可用于同时处理多个实时任务。

总之，多线程的应用场景非常广泛，适用于需要同时处理多个任务、提高程序执行效率和实现并发操作的各种应用程序和系统。

小TIPS：

        在多线程这里我们经常会将讲到两个概念：并发 和 并行

并发是指在同一时间段内交替执行多个任务或操作，这些任务可以在时间上重叠，但是在特定时刻只能有一个任务正在执行。在并发中，任务通过在不同的时间片内交替执行来实现同时进行的错觉。并发常见于多任务操作系统、多用户系统和网络应用中，能够提高系统的吞吐量和资源利用率。

我们用图来表示并发

并行是指在同一时间点上同时执行多个任务或操作，多个任务可以并行进行，彼此之间相互独立。并行运算通常需要多核处理器或者分布式计算系统来实现，能够加快计算速度，并同时处理更多的任务。并行常见于高性能计算、图像处理、科学计算和大规模数据处理等领域。

我们用图来表示并行

而我们可以在任务资源管理器中查看自己电脑最多可以同时处理的线程数

例如我的电脑是16线程的，那么我对电脑就可以并行处理最多16条线程，一旦超过16条，那么就要转为并发状态，交替处理线程以此来保证效率。

总结：

   无论是数据处理还是视频编辑，单线程的执行效率总是让人感到无奈。然而，通过多线程技术，我们可以同时执行多个任务，并充分利用计算机资源。想象一下，将繁重的任务分解为多个子任务，每个子任务都由独立的线程来处理，你会发现程序执行速度大幅提升，工作效率大增。多线程不仅简单而强大，也在各行各业展现着不可或缺的作用。让我们探索多线程的世界，释放计算机的潜力！

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