一、操作系統(tǒng)

操作系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)中的一個(gè)重要軟件。

操作系統(tǒng)是一個(gè)搞管理的軟件：

• 管理各種硬件設(shè)備
• 給各種應(yīng)用程序提供一個(gè)穩(wěn)定的運(yùn)行環(huán)境，
  這些應(yīng)用程序在運(yùn)行中，即使有一個(gè)應(yīng)用程序發(fā)生bug崩潰了，也不會(huì)影響其他應(yīng)用程序的執(zhí)行。

操作系統(tǒng)中的重要概念：進(jìn)程

• 運(yùn)行起來的程序就叫進(jìn)程。

站在操作系統(tǒng)的視角，如何管理進(jìn)程？

1. 先描述
   使用結(jié)構(gòu)體，描述出進(jìn)程的核心屬性，
   進(jìn)程控制塊（PCB），非常大的結(jié)構(gòu)體，有很多個(gè)屬性。

2. 再把多個(gè)進(jìn)程組織起來
   比如：Linux這樣的操作系統(tǒng)，使用鏈表這樣的方式，把每個(gè)PCB串一起。

• 操作系統(tǒng)本身也是一個(gè)軟件，也是由一系列指令構(gòu)成的，在啟動(dòng)時(shí)，CPU依次執(zhí)行操作系統(tǒng)上的這些指令（引導(dǎo)操作系統(tǒng)起來）

• 所有的軟件本質(zhì)上都是靠CPU來執(zhí)行的，CPU具體執(zhí)行哪些指令，一定程度上受操作系統(tǒng)的影響。

3. 文件描述符
   進(jìn)程在運(yùn)行過程中，很多時(shí)候需要和硬盤這個(gè)硬件設(shè)備進(jìn)行交互。
   硬盤上的數(shù)據(jù)，就是以文件的形式來組織的。
   進(jìn)程在讀寫文件的時(shí)候，就需要打開文件，每個(gè)打開的文件相關(guān)的信息保存到文件描述符中，文件的每一項(xiàng)都對(duì)應(yīng)著打開了的一份文件。

操作系統(tǒng)中，會(huì)把很多資源抽象成文件來表示，所以“文件”不只是硬盤上的類
例：網(wǎng)卡，操作系統(tǒng)管理網(wǎng)卡的時(shí)候，就是當(dāng)作“文件”一樣來管理

二、進(jìn)程的運(yùn)行

• 進(jìn)程的運(yùn)行，也會(huì)依賴到硬盤、網(wǎng)卡等相關(guān)硬件設(shè)備

• 進(jìn)程運(yùn)行，執(zhí)行指令，都是靠CPU的。

1. 進(jìn)程是操作系統(tǒng)中，負(fù)責(zé)分配CPU的基本單位。
   分時(shí)復(fù)用：把一個(gè)單位時(shí)間，分成很多份，分別執(zhí)行不同進(jìn)程的指令
   第一份，執(zhí)行進(jìn)程1指令
   第二份，執(zhí)行進(jìn)程2的指令……
   因?yàn)镃PU的運(yùn)行速度是特別快，所以在切換的過程中，人眼很難察覺出變化了，像同時(shí)執(zhí)行一樣。

2. • 把一個(gè)CPU核心上，按照分時(shí)復(fù)用，執(zhí)行多個(gè)進(jìn)程，就叫“并發(fā)執(zhí)行”
     多個(gè)進(jìn)程在一個(gè)CPU核心上在不同單位時(shí)間內(nèi)執(zhí)行。

   • 把多個(gè)CPU核心上，同時(shí)執(zhí)行多個(gè)進(jìn)程 稱為“并行執(zhí)行”
     多個(gè)進(jìn)程在多個(gè)CPU核心上同時(shí)執(zhí)行

3. 進(jìn)程狀態(tài)，

4. • New(新建)
   • RUNNABLE(可運(yùn)行)
   • BLOCKED(阻塞)
   • WAITING(等待)
   • TIMED_WAITING(超時(shí)等待)
   • TERMINATED(終止)
     • 進(jìn)程有多種狀態(tài)，下面是兩個(gè)典型
       1）就緒狀態(tài) → 隨時(shí)可以到CPU上執(zhí)行
       2）阻塞狀態(tài) → 進(jìn)程當(dāng)前不適合到CPU上執(zhí)行

5. 進(jìn)程有優(yōu)先級(jí)
   為了保證需要大量CPU資源能的正常執(zhí)行

6. 進(jìn)程的上下文
   因?yàn)橛羞M(jìn)程調(diào)度，一個(gè)進(jìn)程執(zhí)行一會(huì)，就會(huì)讓出CPU，這期間CPU執(zhí)行它會(huì)保存上次執(zhí)行的狀態(tài)，多進(jìn)程繼續(xù)執(zhí)行

進(jìn)程在CPU中運(yùn)行的過程中
CPU上的各種寄存器，就保存了當(dāng)前進(jìn)程運(yùn)行的“中間狀態(tài)”
寄存器上關(guān)于進(jìn)程的信息，存放在內(nèi)存中（PCB自己也會(huì)有對(duì)應(yīng)空間）
恢復(fù)時(shí)：把PCB中剛才保存的屬性，填回CPU的寄存器。

7. 進(jìn)程的記賬信息
   統(tǒng)計(jì)功能，統(tǒng)計(jì)每個(gè)進(jìn)程在CPU上運(yùn)行了多久
   如果發(fā)現(xiàn)某個(gè)進(jìn)程 很久沒有吃到CPU資源，就會(huì)給它資源傾斜
   一點(diǎn)之后，防止這個(gè)進(jìn)程餓死

new(新建)，runnable(可運(yùn)行)、blocked(阻塞)、waiting(等待)
timed_waiting(超時(shí)等待) terminated(終止)

三、多線程

• 進(jìn)程整體是一個(gè)比較“重”的概念

• 創(chuàng)建進(jìn)程/銷毀進(jìn)程開銷比較大

• 為了解決上述問題，引入線程，輕量級(jí)進(jìn)程（創(chuàng)建銷毀開銷小）

• • 每個(gè)進(jìn)程都相當(dāng)于一個(gè)要執(zhí)行的任務(wù)
  • 每個(gè)線程也是一個(gè)要執(zhí)行的任務(wù)

1. 進(jìn)程包含線程
   每個(gè)進(jìn)程中，都會(huì)包含一個(gè)或多個(gè)線程

2. 進(jìn)程是操作系統(tǒng)資源分配的基本單位
   進(jìn)程內(nèi)部所包含的多個(gè)線程之間，會(huì)共享上述的內(nèi)存資源和硬盤資源，網(wǎng)絡(luò)帶寬。

進(jìn)程創(chuàng)建，需要申請(qǐng)資源
進(jìn)程的銷毀，需要釋放資源
→ 重量級(jí)事物，（代價(jià)大，時(shí)間消耗）

• 對(duì)于線程來說，只是第一個(gè)線程創(chuàng)建的時(shí)候（和進(jìn)程一起創(chuàng)建）申請(qǐng)資源，后續(xù)再創(chuàng)建線程，不再手動(dòng)到資源申請(qǐng)操作（內(nèi)核少，快）
• 只有所有的線程都銷毀（進(jìn)程銷毀）才會(huì)釋放資源，單個(gè)進(jìn)程銷毀某個(gè)線程，也不會(huì)釋放資源。
• 可以理解為：在進(jìn)程創(chuàng)建的時(shí)候給線程創(chuàng)建了一次資源，后續(xù)線程的創(chuàng)建和銷毀都在這一層，只有進(jìn)程被銷毀這一次資源才會(huì)被回收。

關(guān)于線程的調(diào)度，是隨機(jī)的，我們的程序是感知不到，也干預(yù)不了。

那怎么提高效率？

? 引入多個(gè)線程， 確實(shí)可以提升效率， 但是資源一旦 就那么多，引入過多線程，會(huì)使上下文切換開銷增長，因?yàn)檎{(diào)度開銷會(huì)拖累程序的性能。
而且其中一個(gè)線程拋出異常，會(huì)帶走整個(gè)進(jìn)程，所有的線程都無法運(yùn)行。
如果及時(shí)捕獲，也不一定 終導(dǎo)致進(jìn)程終止。

• 創(chuàng)建第一個(gè)線程

class MyThread extends Thread {
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("hello");
        try{
            Thread.sleep(1000);
        } catch (InterruptedException e) {
            // throw new RuntimeException(e); // 處理異常的手段：拋出異常，導(dǎo)致程序異常終止
            break;
        }
    }
}

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        Thread t = new MyThread();
        t.start(); // 開啟線程
    }
}

其中 Thread.sleep(); 會(huì)休眠

例：Thread.sleep(0); 這里是 讓此線程放棄當(dāng)前CPU資源，給別的線程用

在 run() 方法內(nèi)，Thread.sleep()會(huì)拋出異常，但無法 throws，只能使用 try{} catch{} 來捕獲。

• 每個(gè)線程，調(diào)度順序是隨機(jī)的，無法預(yù)測(cè)。“搶占式執(zhí)行”

創(chuàng)建線程的方法：

1. 繼承 Thread，重寫 run

2. 實(shí)現(xiàn) Runnable 接口，重寫 run
   例：

   • Runnable runnable = new MyRunnable();

   • Thread t = new Thread(runnable);

     class MyRunnable implements Runnable {
         @Override
         public void run() {
             System.out.println("我自己的 Runnable 的 run 方法");
         }
     }
     public class Deano01 {
     
         public static void main(String[] args) {
             Runnable r1 = new MyRunnable();
             Thread t1 = new Thread(new MyRunnable());
             Thread t2 = new Thread(r1);
             t1.start();
             t2.start();
         }
     }
   

     class MyThread extends  Thread{
         @Override
         public void run() {
             System.out.println("我自己的 Thread 的 run 方法");
         }
     }
     public class Deano01 {
     
         public static void main(String[] args) {
             // 1. 自己實(shí)現(xiàn)一個(gè)自己的Threa類
             Thread t = new MyThread();
             t.start();
             // 2. 使用 lamabda 表達(dá)式
             Thread t1 = new Thead(() -> {
                 System.out.println("我自己的 Thread 的 run 方法");
             });
         }
     }
   

   這個(gè)接口中，只有一個(gè)無參返回值的 run 方法
   可以使用 lambda 表達(dá)式 () -> { 要執(zhí)行的代碼 }
   在括號(hào)里沒有參數(shù)!

總結(jié) 

到此這篇關(guān)于java中進(jìn)程詳細(xì)解析的文章就介紹到這了,更多相關(guān)java進(jìn)程詳解內(nèi)容請(qǐng)搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！

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