Java - 多进程编程（对比线程、API 操作）

野性酷女 2024-03-27 19:26 72阅读 0赞

**目录**

一、多进程编程

1.1、为什么要使用多进程编程

1.2、Java 中多进程编程的实现

1.2.1、前言

1.2.2、进程创建

1.2.3、进程等待

1.2.4、封装操作到一个工具类中

--------------------

## 一、多进程编程 ##

--------------------

### 1.1、为什么要使用多进程编程 ###

一个 .exe 文件执行以后，就会变成一个进程.

**多进程的由来：**为了解决某些大型复杂问题，就需要把一个很大的任务，拆分成一个小的任务，进一步的，就需要使用 “多进程编程”，也就是床技安多个进程，每个进程分别负责其中一部分任务. 与此同时，也带来一个问题——“进程的 创建/销毁，比较重量（低效）”.

**线程的由来：**引入了线程，相比于 进程的 创建/销毁 更加高效，因此 Java 圈子中，大部分并发编程都是通过多线程的方式来实现.

> 什么情况下要使用多进程编程呢？

进程相比于线程最大的优势就是：进程的 “独立性”.

*  多线程劣势：一个操作系统上，同一时刻一个进程中运行着多个线程（共用一个地址空间），某个线程挂了，就可能把整个线程带走；
 *  多进程优势：一个操作系统上，同一时刻运行着很多进程，由于不同的进程有各自的地址空间，那么即使某一个进程挂了，也不会影响到其他进程.

比如在一个 OJ 系统中，用户提交的代码就是一个独立的逻辑，整个逻辑就需要使用多进程的方式来执行. 因为用户的代码很有可能是存在问题的（一运行就崩溃），使用多线程就很有可能导致用户代码直接把整个服务器进程搞挂.

### 1.2、Java 中多进程编程的实现 ###

#### 1.2.1、前言 ####

在操作系统的角度上（例如 Linux），提供了很多和多线程编程相关的接口，例如 进程创建、进程终止、进程等待、进程程序替换、进程间通讯.

但是在 Java 中对这些操作进行了限制，最终只提供了两个操作：进程创建 和 进程等待.

#### 1.2.2、进程创建 ####

通过 Runtime 实例中的 exec 方法（参数是一个字符串，相当于在 cmd 中输入了一个对应的指令）就可以创建出一个进程， 被创建出来的进程称为 “子进程”，创建子进程的进程称为 “父进程”. 咱们的服务器进程就相当于父进程，它可以有多个子进程，但是一个子进程只能有一个父进程.

一个进程在启动的时候，就会自动以下打开三个文件：

1.  标准输入：对应到键盘.
2.  标准输出：对应到显示器，用来正确的输出.
3.  标准错误：对应到显示器，用来展示错误输出.

> Ps：在 IDEA 中式看不到子进程的输出的，想要获取，可以手动获取.

例如，创建一个子进程运行 javac 命令，通过输入输出流，将子进程的 标准输出 和 错误输出 写到对应文件中.

public static void main(String[] args) throws IOException, InterruptedException {
            //Runtime 再 JVM 中是一个单例
            Runtime runtime = Runtime.getRuntime();
            //Process 就表示进程
            Process process = runtime.exec("javac");
    
            //获取子进程的标准输出和标准错误，并写道两个文件中
            //1.标准hou出
            //1) 通过 标准输入流 将子进程的标准输出读出来，写入到 stdout.txt 文件中
            InputStream stdoutFrom = process.getInputStream();
            FileOutputStream stdoutTo = new FileOutputStream("stdout.txt");
            while(true) {
                int ch = stdoutFrom.read();
                if(ch == -1) { //读到 EOF 为止(EOF 就是 -1)
                    break;
                }
                stdoutTo.write(ch);
            }
            //2) 释放文件描述符
            stdoutFrom.close();
            stdoutTo.close();
    
            //2.标准错误
            //2) 通过标准输入流 将子进程的标准错误读出来，写入到 stderr.txt
            InputStream stderrFrom = process.getErrorStream();
            FileOutputStream stderrTo = new FileOutputStream("stderr.txt");
            while(true) {
                int ch = stderrFrom.read();
                if(ch == -1) {
                    break;
                }
                stderrTo.write(ch);
            }
            //2) 释放文件描述符
            stderrFrom.close();
            stderrTo.close();
    
        }

运行后可以看到生成如下两个文件：

![2bea605c12c342e8a28efcde46a18e7e.png][]

由于这里我只是单纯的输入 javac 命令（没有指定编译的 jar 包），因此是一个错误命令，那么就可以在 标准错误 中看到如下信息：

![d92208d96453406896ea0b357225ead5.png][]

> Ps：javac 往控制台输出的命令，再 windows 简体中文版系统中，默认是 gbk 编码，idea 默认式 utf8，打开后可能会乱码，因此只需要再 idea 提示中，通过 gbk 重新加载即可.

在 cmd 中输入 javac 也是一样的结果：

![c5ead9eed9ab46fb9f3ce7fdeb4b1dc1.png][]

#### 1.2.3、进程等待 ####

在某些场景中，我们希望父进程等待子进程执行完毕以后，再执行后续的代码.

*例如，OJ 系统就需要让用户提交代码，然后编译执行代码，再把执行结果的响应返回给用户.*

具体实现如下：

通过 Process 类中的 waitFor 方法实现进程等待，父进程执行到 waitFor 的时候就会阻塞，知道子进程执行完毕为止（类似 Thread.join）. 最后会返回一个退出码，表示子进程执行结果是否 ok，正常退出就返回 0，异常退出（子进程执行过程中抛异常了）就非0.

//进程等待
            int exitCode = process.waitFor();
            System.out.println(exitCode);

#### 1.2.4、封装操作到一个工具类中 ####

通常，我们会将进程创建和等待封装到一个工具类中去使用.

public class CommandUtil {
    
        /**
         * @param cmd 进程要执行的命令
         * @param stdout 标准输出文件名 + 后缀
         * @param stderr 标准错误文件名 + 后缀
         * @return 进程等待后返回的状态码
         */
        public static int run(String cmd, String stdout, String stderr) {
            try {
                //1.获取 Runtime 实例，执行 exec 方法
                Runtime runtime = Runtime.getRuntime();
                Process process = runtime.exec(cmd);
                //2.获取 标准输出
                if(stdout != null) {
                    InputStream stdoutFrom = process.getInputStream();
                    FileOutputStream stdoutTo = new FileOutputStream(stdout);
                    while(true) {
                        int read = stdoutFrom.read();
                        if(read == -1) {
                            break;
                        }
                        stdoutTo.write(read);
                    }
                    stdoutFrom.close();
                    stdoutTo.close();
                }
                //3.获取 标准错误
                if(stderr != null) {
                    InputStream stderrFrom = process.getErrorStream();
                    FileOutputStream stderrTo = new FileOutputStream(stderr);
                    while(true) {
                        int read = stderrFrom.read();
                        if(read == -1) {
                            break;
                        }
                        stderrTo.write(read);
                    }
                    stderrFrom.close();
                    stderrTo.close();
                }
                //4.进程等待
                return process.waitFor();
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            }
            //返回异常的状态码
            return 1;
        }
    
        //测试
        public static void main(String[] args) {
            int result = run("javac", "stdout.txt", "stderr.txt");
            System.out.println(result);
        }
    
    }

![19cbe4223e4c44648d46f487e9733066.gif][]

[2bea605c12c342e8a28efcde46a18e7e.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/13/729f7a2c3f6a443eaed34e0dd67cd5f1.png
[d92208d96453406896ea0b357225ead5.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/13/e293f1d72fb24251a555d1228a9605ac.png
[c5ead9eed9ab46fb9f3ce7fdeb4b1dc1.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/13/ed76d55462374c45964673de212df311.png
[19cbe4223e4c44648d46f487e9733066.gif]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/13/1c1d90e551b741a19a870ea2f04c6059.png