併發編程之進程與線程

併發編程之進程與線程

• 2.1 線程與進程
• 2.1.1 進程
• 2.1.2 線程
• 2.1.3 兩者對比
• 2.2 並行與併發
• 2.3 應用

 

2.1 線程與進程

2.1.1 進程

• 程序指令和數據組成，但這些指令要運行，數據要讀寫，就必須將指令加載至CPU，數據加載至內存。在指令運行過程當中還須要用到磁盤、網絡等設備。進程就是用來加載指令、管理內存、管理IO的。
• 當一個程序被運行，從磁盤加載這個程序的代碼至內存，這時就開啓了一個進程。
• 進程就能夠視爲程序的一個實例。大部分程序能夠同時運行多個實例進程（例如記事本、畫圖、瀏覽器等），也有的程序只能啓動一個實例進程（例如網易雲音樂、360安全衛士等）

2.1.2 線程

• 一個線程以內能夠分爲一到多個線程。
• 一個線程就是一個指令流，將指令流中的一條條指令以必定的順序交給CPU執行。
• Java中，線程做爲最小調度單元，進程做爲資源分配的最小單位。在windows中進程是不活動的，只是做爲線程的容器。

2.1.3 兩者對比

• 進程基本上相互獨立的，而線程存在於進程內，是進程的一個子集。
• 進程擁有共享的資源，如內存空間等，供其內部的線程共享。
• 進程間通訊較爲複雜
  同一臺計算機的進程通訊稱爲IPC
  不一樣計算機之間的進程通訊，須要經過網絡，並遵照共同的協議，例如HTTP
• 線程通訊相對簡單，由於他們共享進程內的內存，一個例子是多個線程能夠訪問同一個共享變量
• 線程更輕量，線程上下文切換成本通常上要比進程上下文切換低。

2.2 並行與併發

單核CPU下，線程實際仍是串行執行的。操做系統中有一個組件叫作任務調度器，將CPU的時間片（windows下時間片最小約爲15毫秒）分給不一樣的線程使用，只是因爲CPU在線程間（時間片很短）的切換很是快，人類感受是同時運行的。總結爲一句話就是 ：微觀串行，宏觀並行。
通常會將這種線程輪流使用CPU的作法稱爲併發，concurrent



引用Rob Pike的一段描述 ：

• 併發（concurrent）是同一時間應對（dealing with）多件事情的能力
• 並行（parallel）是同一個時間動手作（doing）多件事情的能力

2.3 應用

• 應用之異步調用（案例1）
  從方法調用的角度來說，若是
  （1）須要等待結果返回，才能繼續運行就是同步
  （2）不須要等待結果返回，就能繼續運行就是異步
  注意 ：同步在多線程中還有另一層意思，是讓多個線程步調一致
  1）設計
  多線程可讓方法執行變爲異步的好比說讀取磁盤文件時，假設讀取操做話費了5秒鐘，若是沒有線程調度機制，這5秒調用者什麼都作不了，其代碼都得暫停。
  2）結論
• 好比在項目中，視頻文件須要轉換格式等操做比較費時，這時開一個新線程處理視頻轉換，避免阻塞主線程。
• tomcat的異步servlet也是相似目的，讓用戶線程處理耗時較長的操做，避免阻塞tomcat的工做線程
• ui程序中，開線程進行其餘操做，避免阻塞ui線程
  
  
  
  
• 應用之提升效率（案例1）
  充分利用多核cput的優點，提升運行效率。想象下面的場景，執行3個計算，最後將計算結果彙總。
  
  若是是串行執行，總共話費時間是31ms。
  若是是四核cput，各個核心分別使用線程並行執行，總共話費12ms。
• 結論

1. 單核cpu下，多線程不能實際提升程序運行效率，只是爲了可以在不一樣的任務之間切換，不一樣線程輪流使用cpu，不至於一個線程總佔有cpu，別的線程無法幹活。
2. 多核cpu能夠並行跑多個線程，但可否提升程序運行效率仍是要分狀況的
   （1）有些任務，通過精心設計，將任務拆分，並行執行，固然能夠提升程序的運行效率。但不是全部計算任務都能拆分
   （2）也不是全部任務都須要拆分，任務的目的若是不一樣，談拆分和效率沒有意義
3. IO操做不佔用cpu，只是咱們通常拷貝文件使用的是【阻塞IO】，這時至關於線程雖然不用cpu，但須要一直等待IO結束，沒能充分利用線程。因此纔有非阻塞IO和異步IO優化。