Java併發編程：進程和線程之由來

Java多線程基礎：進程和線程之由來

　　在前面，已經介紹了Java的基礎知識，如今咱們來討論一點稍微難一點的問題：Java併發編程。固然，Java併發編程涉及到不少方面的內容，不是一朝一夕就可以融會貫通使用的，須要在實踐中不斷積累。因爲併發確定涉及到多線程，所以在進入併發編程主題以前，咱們先來了解一下進程和線程的由來，這對後面對併發編程的理解將會有很大的幫助。

　　下面是本文的目錄大綱：

　　一.操做系統中爲何會出現進程？

　　二.爲何會出現線程？

　　三.多線程併發

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一.操做系統中爲何會出現進程？

　　提及進程的由來，咱們須要從操做系統的發展歷史談起。

　　也許在今天，咱們沒法想象在不少年之前計算機是什麼樣子。咱們如今能夠用計算機來作不少事情：辦公、娛樂、上網，可是在計算機剛出現的時候，是爲了解決數學計算的問題，由於不少大量的計算經過人力去完成是很耗時間和人力成本的。在最初的時候，計算機只能接受一些特定的指令，用戶輸入一個指令，計算機就作一個操做。當用戶在思考或者輸入數據時，計算機就在等待。顯然這樣效率和很低下，由於不少時候，計算機處於等待用戶輸入的狀態。

　　那麼能不能把一系列須要操做的指令預先寫下來，造成一個清單，而後一次性交給計算機，計算機不斷地去讀取指令來進行相應的操做？就這樣，批處理操做系統誕生了。用戶能夠將須要執行的多個程序寫在磁帶上，而後交由計算機去讀取並逐個地執行這些程序，並將輸出結果寫到另外一個磁帶上。

　　雖然批處理操做系統的誕生極大地提升了任務處理的便捷性，可是仍然存在一個很大的問題：

　　假若有兩個任務A和B，任務A在執行到一半的過程當中，須要讀取大量的數據輸入（I/O操做），而此時CPU只能靜靜地等待任務A讀取完數據才能繼續執行，這樣就白白浪費了CPU資源。人們因而想，可否在任務A讀取數據的過程當中，讓任務B去執行，當任務A讀取完數據以後，讓任務B暫停，而後讓任務A繼續執行？

　　可是這樣就有一個問題，原來每次都是一個程序在計算機裏面運行，也就說內存中始終只有一個程序的運行數據。而若是想要任務A執行I/O操做的時候，讓任務B去執行，必然內存中要裝入多個程序，那麼如何處理呢？多個程序使用的數據如何進行辨別呢？而且當一個程序運行暫停後，後面如何恢復到它以前執行的狀態呢？

　　這個時候人們就發明了進程，用進程來對應一個程序，每一個進程對應必定的內存地址空間，而且只能使用它本身的內存空間，各個進程間互不干擾。而且進程保存了程序每一個時刻的運行狀態，這樣就爲進程切換提供了可能。當進程暫時時，它會保存當前進程的狀態（好比進程標識、進程的使用的資源等），在下一次從新切換回來時，便根據以前保存的狀態進行恢復，而後繼續執行。

　　這就是併發，可以讓操做系統從宏觀上看起來同一個時間段有多個任務在執行。換句話說，進程讓操做系統的併發成爲了可能。

　　注意，雖然併發從宏觀上看有多個任務在執行，可是事實上，任一個具體的時刻，只有一個任務在佔用CPU資源（固然是對於單核CPU來講的）。

二.爲何會出現線程？

　　在出現了進程以後，操做系統的性能獲得了大大的提高。雖然進程的出現解決了操做系統的併發問題，可是人們仍然不知足，人們逐漸對實時性有了要求。由於一個進程在一個時間段內只能作一件事情，若是一個進程有多個子任務，只能逐個地去執行這些子任務。好比對於一個監控系統來講，它不只要把圖像數據顯示在畫面上，還要與服務端進行通訊獲取圖像數據，還要處理人們的交互操做。若是某一個時刻該系統正在與服務器通訊獲取圖像數據，而用戶又在監控系統上點擊了某個按鈕，那麼該系統就要等待獲取完圖像數據以後才能處理用戶的操做，若是獲取圖像數據須要耗費10s，那麼用戶就只有一直在等待。顯然，對於這樣的系統，人們是沒法知足的。

　　那麼可不能夠將這些子任務分開執行呢？即在系統獲取圖像數據的同時，若是用戶點擊了某個按鈕，則會暫停獲取圖像數據，而先去響應用戶的操做（由於用戶的操做每每執行時間很短），在處理完用戶操做以後，再繼續獲取圖像數據。人們就發明了線程，讓一個線程去執行一個子任務，這樣一個進程就包括了多個線程，每一個線程負責一個獨立的子任務，這樣在用戶點擊按鈕的時候，就能夠暫停獲取圖像數據的線程，讓UI線程響應用戶的操做，響應完以後再切換回來，讓獲取圖像的線程獲得CPU資源。從而讓用戶感受系統是同時在作多件事情的，知足了用戶對實時性的要求。

　　換句話說，進程讓操做系統的併發性成爲可能，而線程讓進程的內部併發成爲可能。

　　可是要注意，一個進程雖然包括多個線程，可是這些線程是共同享有進程佔有的資源和地址空間的。進程是操做系統進行資源分配的基本單位，而線程是操做系統進行調度的基本單位。

三.多線程併發

　　因爲多個線程是共同佔有所屬進程的資源和地址空間的，那麼就會存在一個問題：

　　若是多個線程要同時訪問某個資源，怎麼處理？

　　這個問題就是後序文章中要重點講述的同步問題。

　　那麼可能有朋友會問，如今不少時候都採用多線程編程，那麼是否是多線程的性能必定就因爲單線程呢？

　　不必定，要看具體的任務以及計算機的配置。好比說：

　　對於單核CPU，若是是CPU密集型任務，如解壓文件，多線程的性能反而不如單線程性能，由於解壓文件須要一直佔用CPU資源，若是採用多線程，線程切換致使的開銷反而會讓性能降低。

　　可是對於好比交互類型的任務，確定是須要使用多線程的、

　　而對於多核CPU，對於解壓文件來講，多線程確定優於單線程，由於多個線程可以更加充分利用每一個核的資源。

　　雖然多線程可以提高程序性能，可是相對於單線程來講，它的編程要複雜地多，要考慮線程安全問題。所以，在實際編程過程當中，要根據實際狀況具體選擇。

　　關於進程和線程的由來，暫時就講這麼多了，感興趣的朋友能夠參考相關資料。