进程与线程

Posted 2021-03-17 dafengdeai

进程与线程

• 进程：是代码在数据集合上的一次运行活动，是系统进行资源分配和调度的基本单位。
• 线程：是进程的一个执行路径，一个进程中至少有一个线程，进程中的多个线程共享进程的 资源。

虽然系统是把资源分给进程，但是CPU很特殊，是被分配到线程的，所以线程是CPU分配的基本单位。

二者关系

一个进程中有多个线程，多个线程共享进程的堆和方法区资源，但是每个线程有自己的程序计数器和栈区域。

程序计数器：是一块内存区域，用来记录线程当前要执行的指令地址 。
栈：用于存储该线程的局部变量，这些局部变量是该线程私有的，除此之外还用来存放线程的调用栈祯。
堆：是一个进程中最大的一块内存，堆是被进程中的所有线程共享的。
方法区：则用来存放 NM 加载的类、常量及静态变量等信息，也是线程共享的 。

二者区别

进程：有独立的地址空间，一个进程崩溃后，在保护模式下不会对其它进程产生影响。
线程：是一个进程中的不同执行路径。线程有自己的堆栈和局部变量，但线程之间没有单独的地址空间，一个线程死掉就等于整个进程死掉。

1. 简而言之,一个程序至少有一个进程,一个进程至少有一个线程.
2. 线程的划分尺度小于进程，使得多线程程序的并发性高。
3. 另外，进程在执行过程中拥有独立的内存单元，而多个线程共享内存，从而极大地提高了程序的运行效率。
4. 每个独立的线程有一个程序运行的入口、顺序执行序列和程序的出口。但是线程不能够独立执行，必须依存在应用程序中，由应用程序提供多个线程执行控制。
5. 从逻辑角度来看，多线程的意义在于一个应用程序中，有多个执行部分可以同时执行。但操作系统并没有将多个线程看做多个独立的应用，来实现进程的调度和管理以及资源分配。这就是进程和线程的重要区别

并发与并行

• 并发：是指同一个时间段内多个任务同时都在执行，并且都没有执行结束。并发任务强调在一个时间段内同时执行，而一个时间段由多个单位时间累积而成，所以说并发的多个任务在单位时间内不一定同时在执行 。
• 并行：是说在单位时间内多个任务同时在执行 。

在多线程编程实践中，线程的个数往往多于CPU的个数，所以一般都称多线程并发编程而不是多线程并行编程。

并发过程中常见的问题：

1、线程安全问题：

多个线程同时操作共享变量1时，会出现线程1更新共享变量1的值，但是其他线程获取到的是共享变量没有被更新之前的值。就会导致数据不准确问题。

2、共享内存不可见性问题

Java内存模型

Java 内存模型规定，将所有的变量都存放在主内存中，当线程使用变量时，会把主内存里面的变量复制到自己的工作空间或者叫作工作内存，线程读写变量时操作的是自己工作内存中的变量 。（如上图所示）

上图中所示是一个双核 CPU 系统架构，每个核有自己的控制器和运算器，其中控制器包含一组寄存器和操作控制器，运算器执行算术逻辅运算。CPU的每个核都有自己的一级缓存，在有些架构里面还有一个所有CPU都共享的二级缓存。 那么Java内存模型里面的工作内存，就对应这里的 Ll或者 L2 缓存或者 CPU 的寄存器

1. 线程A首先获取共享变量X的值，由于两级Cache都没有命中，所以加载主内存中X的值，假如为0。然后把X=0的值缓存到两级缓存，线程A修改X的值为1,然后将其写入两级Cache，并且刷新到主内存。线程A操作完毕后，线程A所在的CPU的两级Cache内和主内存里面的X的值都是l。
2. 线程B获取X的值，首先一级缓存没有命中，然后看二级缓存，二级缓存命中了，所以返回X=1；到这里一切都是正常的，因为这时候主内存中也是X=l。然后线程B修改X的值为2，并将其存放到线程2所在的一级Cache和共享二级Cache中，最后更新主内存中X的值为2，到这里一切都是好的。
3. 线程A这次又需要修改X的值，获取时一级缓存命中，并且X=l这里问题就出现了，明明线程B已经把X的值修改为2，为何线程A获取的还是l呢？这就是共享变量的内存不可见问题，也就是线程B写入的值对线程A不可见