Java并發是一個涵蓋Java平臺上的多線程、并發和并行性的術語。這包括Java并發工具、問題和解決方案。本Java并發教程涵蓋了與Java中的多線程相關的多線程、并發構造、并發問題、成本和收益的核心概念。

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什么是多線程？

多線程意味著您在同一個應用程序中有多個執行線程。線程就像執行應用程序的獨立CPU。因此，多線程應用程序就像具有多個CPU同時執行代碼的不同部分的應用程序。

但是，線程不等于CPU。通常單個CPU將在多個線程之間共享其執行時間，在給定時間內執行每個線程之間切換。也可以讓應用程序的線程由不同的CPU執行。

為什么是多線程？

關于為什么要在應用程序中使用多線程有幾個原因。多線程的一些最常見原因是：

• 更好地利用單個CPU。
• 更好地利用多個CPU或CPU內核。
• 在響應性方面更好的用戶體驗。
• 在公平性方面更好的用戶體驗。

我將在以下各節中更詳細地解釋這些原因。

1.更好地利用單個CPU

最常見的原因之一是能夠更好地利用計算機中的資源。例如，如果一個線程正在等待對通過網絡發送的請求的響應，那么另一個線程可以同時使用CPU來做其他事情。此外，如果計算機有多個CPU，或者CPU有多個執行內核，那么多線程還可以幫助您的應用程序利用這些額外的CPU內核。

2.更好地利用多個CPU或CPU內核

如果計算機包含多個CPU或CPU包含多個執行核心，那么您需要使用多個線程讓您的應用程序能夠利用所有CPU或CPU核心。單個線程最多只能使用單個CPU，而且正如我上面提到的，有時甚至不能完全使用單個CPU。

3.在響應性方面更好的用戶體驗

使用多線程的另一個原因是提供更好的用戶體驗。例如，如果您單擊GUI中的按鈕并導致通過網絡發送請求，那么執行此請求的線程很重要。如果您使用也更新GUI的同一線程，那么當GUI線程等待請求的響應時，用戶可能會遇到GUI“掛起”。相反，這樣的請求可以由后臺線程執行，因此GUI線程在此期間可以自由地響應其他用戶請求。

4.在公平性方面更好的用戶體驗

第四個原因是在用戶之間更公平地共享計算機資源。例如，假設一臺服務器接收來自客戶端的請求，并且只有一個線程來執行這些請求。如果一個客戶端發送一個需要很長時間來處理的請求，那么所有其他客戶端的請求都必須等到一個請求完成。通過讓每個客戶端的請求由其自己的線程執行，那么沒有單個任務可以完全獨占CPU。

5.多線程與多任務

在過去，計算機只有一個CPU，一次只能執行一個程序。大多數小型計算機的功能并不足以同時執行多個程序，因此沒有嘗試過。公平地說，與個人計算機相比，許多大型機系統能夠一次執行多個程序多年。

6.多任務處理

后來出現了多任務處理，這意味著計算機可以同時執行多個程序（AKA任務或進程）。不過，這并不是真正的“同時”。單個CPU在程序之間共享。操作系統會在運行的程序之間切換，在切換之前執行它們中的每一個。

隨著多任務處理，軟件開發人員面臨新的挑戰。程序不能再假定所有可用的CPU時間、所有內存或任何其他計算機資源都可用。一個“好公民”程序應該釋放它不再使用的所有資源，以便其他程序可以使用它們。

7.多線程

后來出現了多線程，這意味著您可以在同一個程序中擁有多個執行線程。執行線程可以被認為是執行程序的CPU。當您有多個線程執行同一個程序時，就像在同一個程序中執行多個CPU一樣。

8.多線程很難

多線程是提高某些類型程序性能的好方法。然而，多線程比多任務更具挑戰性。線程在同一個程序中執行，因此同時讀取和寫入相同的內存。這可能導致在單線程程序中看不到的錯誤。其中一些錯誤在單CPU機器上可能看不到，因為兩個線程從未真正“同時”執行。但是，現代計算機配備了多核CPU，甚至還配備了多個CPU。這意味著不同的線程可以同時由不同的內核或CPU執行。

如果一個線程讀取一個內存位置而另一個線程寫入它，那么第一個線程最終會讀取什么值？舊值？第二個線程寫入的值？還是兩者混合的價值？或者，如果兩個線程同時寫入同一個內存位置，完成后會留下什么值？第一個線程寫入的值？第二個線程寫入的值？還是兩個值的混合寫入？

如果沒有適當的預防措施，任何這些結果都是可能的。這種行為甚至無法預測。結果可能會不時改變。因此，作為開發人員，了解如何采取正確的預防措施非常重要——這意味著學習控制線程如何訪問共享資源，如內存、文件、數據庫等。

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