并发编程之进程与线程

Posted 2021-03-12 haizai

并发编程之进程与线程

• 2.1 线程与进程
• 2.1.1 进程
• 2.1.2 线程
• 2.1.3 二者对比
• 2.2 并行与并发
• 2.3 应用

 

2.1 线程与进程

2.1.1 进程

• 程序指令和数据组成，但这些指令要运行，数据要读写，就必须将指令加载至CPU，数据加载至内存。在指令运行过程中还需要用到磁盘、网络等设备。进程就是用来加载指令、管理内存、管理IO的。
• 当一个程序被运行，从磁盘加载这个程序的代码至内存，这时就开启了一个进程。
• 进程就可以视为程序的一个实例。大部分程序可以同时运行多个实例进程（例如记事本、画图、浏览器等），也有的程序只能启动一个实例进程（例如网易云音乐、360安全卫士等）

2.1.2 线程

• 一个线程之内可以分为一到多个线程。
• 一个线程就是一个指令流，将指令流中的一条条指令以一定的顺序交给CPU执行。
• Java中，线程作为最小调度单元，进程作为资源分配的最小单位。在windows中进程是不活动的，只是作为线程的容器。

2.1.3 二者对比

• 进程基本上相互独立的，而线程存在于进程内，是进程的一个子集。
• 进程拥有共享的资源，如内存空间等，供其内部的线程共享。
• 进程间通信较为复杂
  同一台计算机的进程通信称为IPC
  不同计算机之间的进程通信，需要通过网络，并遵守共同的协议，例如HTTP
• 线程通信相对简单，因为他们共享进程内的内存，一个例子是多个线程可以访问同一个共享变量
• 线程更轻量，线程上下文切换成本一般上要比进程上下文切换低。

2.2 并行与并发

单核CPU下，线程实际还是串行执行的。操作系统中有一个组件叫做任务调度器，将CPU的时间片（windows下时间片最小约为15毫秒）分给不同的线程使用，只是由于CPU在线程间（时间片很短）的切换非常快，人类感觉是同时运行的。总结为一句话就是 ：微观串行，宏观并行。
一般会将这种线程轮流使用CPU的做法称为并发，concurrent



引用Rob Pike的一段描述 ：

• 并发（concurrent）是同一时间应对（dealing with）多件事情的能力
• 并行（parallel）是同一个时间动手做（doing）多件事情的能力

2.3 应用

• 应用之异步调用（案例1）
  从方法调用的角度来讲，如果
  （1）需要等待结果返回，才能继续运行就是同步
  （2）不需要等待结果返回，就能继续运行就是异步
  注意 ：同步在多线程中还有另外一层意思，是让多个线程步调一致
  1）设计
  多线程可以让方法执行变为异步的比如说读取磁盘文件时，假设读取操作话费了5秒钟，如果没有线程调度机制，这5秒调用者什么都做不了，其代码都得暂停。
  2）结论
• 比如在项目中，视频文件需要转换格式等操作比较费时，这时开一个新线程处理视频转换，避免阻塞主线程。
• tomcat的异步servlet也是类似目的，让用户线程处理耗时较长的操作，避免阻塞tomcat的工作线程
• ui程序中，开线程进行其他操作，避免阻塞ui线程
  
  
  
  
• 应用之提高效率（案例1）
  充分利用多核cput的优势，提高运行效率。想象下面的场景，执行3个计算，最后将计算结果汇总。
  
  如果是串行执行，总共话费时间是31ms。
  如果是四核cput，各个核心分别使用线程并行执行，总共话费12ms。
• 结论

1. 单核cpu下，多线程不能实际提高程序运行效率，只是为了能够在不同的任务之间切换，不同线程轮流使用cpu，不至于一个线程总占有cpu，别的线程没法干活。
2. 多核cpu可以并行跑多个线程，但能否提高程序运行效率还是要分情况的
   （1）有些任务，经过精心设计，将任务拆分，并行执行，当然可以提高程序的运行效率。但不是所有计算任务都能拆分
   （2）也不是所有任务都需要拆分，任务的目的如果不同，谈拆分和效率没有意义
3. IO操作不占用cpu，只是我们一般拷贝文件使用的是【阻塞IO】，这时相当于线程虽然不用cpu，但需要一直等待IO结束，没能充分利用线程。所以才有非阻塞IO和异步IO优化。