并发编程之进程与线程

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篇首语:本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理,主要介绍了并发编程之进程与线程相关的知识,希望对你有一定的参考价值。

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
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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
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  • 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。
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    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。

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