認識cpu、核與線程

前言：做爲一個後臺開發人員，我想有必要了解這些基礎知識。若是本文有不嚴謹或者疏忽的地方，請指正。

目錄

• 認識cpu、核心與線程
• java多線程系列（一）之java多線程技能
• java多線程系列（二）之對象變量的併發訪問
• java多線程系列（三）之等待通知機制
• java多線程系列（四）之ReentrantLock的使用
• java多線程系列（五）之synchronized ReentrantLock volatile Atomic 原理分析
• java多線程系列（六）之線程池原理及其使用

cpu與核心

物理核

• 物理核數量=cpu數(機子上裝的cpu的數量)*每一個cpu的核心數

虛擬核

• 所謂的4核8線程，4核指的是物理核心。經過超線程技術，用一個物理核模擬兩個虛擬核，每一個核兩個線程，總數爲8線程。
• 在操做系統看來是8個核，可是其實是4個物理核。
• 經過超線程技術能夠實現單個物理覈實現線程級別的並行計算，可是比不上性能兩個物理核。

單核cpu和多核cpu

• 都是一個cpu，不一樣的是每一個cpu上的核心數
• 多核cpu是多個單核cpu的替代方案，多核cpu減少了體積，同時也減小了功耗
• 一個核心只能同時執行一個線程

進程和線程

理解

• 進程是操做系統進行資源（包括cpu、內存、磁盤IO等）分配的最小單位
• 線程是cpu調度和分配的基本單位
• 咱們打開的微信，瀏覽器都是一個進程
• 進程可能有多個子任務，好比微信要接受消息，發送消息，這些子任務就是線程。
• 資源分配給進程，線程共享進程資源。

對比

對比	進程	線程
定義	進程是程序運行的一個實體的運行過程，是系統進行資源分配和調配的一個獨立單位	線程是進程運行和執行的最小調度單位
系統開銷	建立撤銷切換開銷大，資源要從新分配和收回	僅保存少許寄存器的內容，開銷小，在進程的地址空間執行代碼
擁有資產	資源擁有的基本單位	基本上不佔資源，僅有不可少的資源（程序計數器，一組寄存器和棧）
調度	資源分配的基本單位	獨立調度分配的單位
安全性	進程間相互獨立，互不影響	線程共享一個進程下面的資源，能夠互相通訊和影響
地址空間	系統賦予的獨立的內存地址空間	由相關堆棧寄存器和和線程控制表TCB組成，寄存器可被用來存儲線程內的局部變量

線程切換

• cpu給線程分配時間片(也就是分配給線程的時間)，執行完時間片後會切換都另外一個線程。
• 切換以前會保存線程的狀態，下次時間片再給這個線程時才能知道當前狀態。
• 從保存線程A的狀態再到切換到線程B時，從新加載線程B的狀態的這個過程就叫上下文切換。
• 而上下切換時會消耗大量的cpu時間。

線程開銷

• 上下文切換消耗
• 線程建立和消亡的開銷
• 線程須要保存維持線程本地棧，會消耗內存

串行，併發與並行

串行

• 多個任務，執行時一個執行完再執行另外一個。
• 比喻：吃完飯再看球賽。

併發

• 多個線程在單個核心運行，同一時間一個線程運行，系統不停切換線程，看起來像同時運行，其實是線程不停切換。
• 比喻： 一會跑去食廳吃飯，一會跑去客廳看球賽。

並行

• 每一個線程分配給獨立的核心，線程同時運行。
• 比喻：一邊吃飯一邊看球賽。

多核下線程數量選擇

計算密集型

• 程序主要爲複雜的邏輯判斷和複雜的運算。
• cpu的利用率高，不用開太多的線程，開太多線程反而會由於線程切換時切換上下文而浪費資源。

IO密集型

• 程序主要爲IO操做，好比磁盤IO(讀取文件)和網絡IO(網絡請求)。
• 由於IO操做會阻塞線程，cpu利用率不高，能夠開多點線程，阻塞時能夠切換到其餘就緒線程，提升cpu利用率。

總結

• 提升性能的一種方式：提升硬件水平，處理速度或核心數。
• 另外一種方式：根據場景，合理設置線程數，軟件上提升cpu利用率。

我以爲分享是一種精神，分享是個人樂趣所在，不是說我以爲我講得必定是對的，我講得可能不少是不對的，可是我但願我講的東西是我人生的體驗和思考，是給不少人反思，也許給你一秒鐘、半秒鐘，哪怕說一句話有點道理，引起本身心裏的感觸，這就是我最大的價值。（這是我喜歡的一句話，也是我寫博客的初衷）

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