每一個程序員都會遇到的面試問題：談談進程和線程的區別

當你剛入職場時，不管你是用C++仍是Java甚至只是應聘運維崗位，相信你都會遇到這個問題。

這是一個很基礎的問題，但又是一個很考驗人水平的問題。

說基礎是由於每一個學計算機的人都應該懂，進程線程是計算機的基礎概念，是每一個程序員時時刻刻都要接觸的東西。

但這又是一個充滿陷阱能夠無限擴展和深刻的一個問題。好比能夠從操做系統知識擴展到計算機組成原理，能夠從單線程擴展到併發編程，能夠從併發編程深刻到線程同步、線程安全、進程間通訊等等。

 

 

 

那麼咱們該如何回答好這個問題呢？

既然要談區別，那麼首先須要理解什麼是進程和線程。

以前，我讀到一篇材料，發現有一個很好的類比，能夠把它們解釋地清晰易懂。

1.計算機的核心是CPU，它承擔了全部的計算任務。它就像一座工廠，時刻在運行。

2.假定工廠的電力有限，一次只能供給一個車間使用。也就是說，一個車間開工的時候，其餘車間都必須停工。背後的含義就是，單個CPU一次只能運行一個任務。

3.進程就比如工廠的車間，它表明CPU所能處理的單個任務。任一時刻，CPU老是運行一個進程，其餘進程處於非運行狀態。

4.一個車間裏，能夠有不少工人。他們協同完成一個任務。

5.線程就比如車間裏的工人。一個進程能夠包括多個線程。

6.車間的空間是工人們共享的，好比許多房間是每一個工人均可以進出的。這象徵一個進程的內存空間是共享的，每一個線程均可以使用這些共享內存。

7.但是，每間房間的大小不一樣，有些房間最多隻能容納一我的，好比廁所。裏面有人的時候，其餘人就不能進去了。這表明一個線程使用某些共享內存時，其餘線程必須等它結束，才能使用這一塊內存。

8.一個防止他人進入的簡單方法，就是門口加一把鎖。先到的人鎖上門，後到的人看到上鎖，就在門口排隊，等鎖打開再進去。這就叫"互斥鎖"（Mutual exclusion，縮寫 Mutex），防止多個線程同時讀寫某一塊內存區域。

9.還有些房間，能夠同時容納n我的，好比廚房。也就是說，若是人數大於n，多出來的人只能在外面等着。這比如某些內存區域，只能供給固定數目的線程使用。

10.這時的解決方法，就是在門口掛n把鑰匙。進去的人就取一把鑰匙，出來時再把鑰匙掛回原處。後到的人發現鑰匙架空了，就知道必須在門口排隊等着了。這種作法叫作"信號量"（Semaphore），用來保證多個線程不會互相沖突。

不難看出，mutex是semaphore的一種特殊狀況（n=1時）。也就是說，徹底能夠用後者替代前者。可是，由於mutex較爲簡單，且效率高，因此在必須保證資源獨佔的狀況下，仍是採用這種設計。

11.操做系統的設計，所以能夠歸結爲三點：

（1）以多進程形式，容許多個任務同時運行；

（2）以多線程形式，容許單個任務分紅不一樣的部分運行；

（3）提供協調機制，一方面防止進程之間和線程之間產生衝突，另外一方面容許進程之間和線程之間共享資源。

這個類比能夠很形象的說明進程與線程的區別。

固然面試的時候你不可能說上這一堆，面試官估計要跟你急，時間寶貴，咱們須要用最精簡的語言說出二者的概念以及區別。

 

你能夠這樣分點回答（面試時須要邏輯條理清晰、語言簡潔、直中要害）：

（1）進程

進程是程序的一次執行過程，是一個動態概念，是程序在執行過程當中分配和管理資源的基本單位，每個進程都有一個本身的地址空間，至少有 5 種基本狀態，它們是：初始態，執行態，等待狀態，就緒狀態，終止狀態。

（2）線程

 線程是CPU調度和分派的基本單位，它可與同屬一個進程的其餘的線程共享進程所擁有的所有資源。

（3）聯繫

 線程是進程的一部分，一個線程只能屬於一個進程，而一個進程能夠有多個線程，但至少有一個線程。

（4）區別：理解它們的差異，我從資源使用的角度出發。（所謂的資源就是計算機裏的中央處理器，內存，文件，網絡等等）

根本區別：進程是操做系統資源分配的基本單位，而線程是任務調度和執行的基本單位

在開銷方面：每一個進程都有獨立的代碼和數據空間（程序上下文），程序之間的切換會有較大的開銷；線程能夠看作輕量級的進程，同一類線程共享代碼和數據空間，每一個線程都有本身獨立的運行棧和程序計數器（PC），線程之間切換的開銷小。

所處環境：在操做系統中能同時運行多個進程（程序）；而在同一個進程（程序）中有多個線程同時執行（經過CPU調度，在每一個時間片中只有一個線程執行）

內存分配方面：系統在運行的時候會爲每一個進程分配不一樣的內存空間；而對線程而言，除了CPU外，系統不會爲線程分配內存（線程所使用的資源來自其所屬進程的資源），線程組之間只能共享資源。

包含關係：沒有線程的進程能夠看作是單線程的，若是一個進程內有多個線程，則執行過程不是一條線的，而是多條線（線程）共同完成的；線程是進程的一部分，因此線程也被稱爲輕權進程或者輕量級進程。

 

 

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一、爲何須要設計線程？

在傳統進程模型中，進程的內涵可分爲下面兩個方面：

• 調度、執行的基本單位：每一個進程都有本身的運行狀態、優先級、寄存器等，是OS調度的基本單位。
• 資源全部權：包括程序、數據、文件等資源。一個進程擁有對這些資源的全部權，OS則提供保護功能，避免不一樣進程之間的資源衝突。

 

既然是兩個獨立的功能，可不能夠把它們分離呢？這就出現了線程（thread）的概念：

• 執行與調度的基本單位：thread
• 資源全部權：process

 

那麼執行與調度的基本單位是線程，這樣設置有什麼好處？

計算機操做系統裏面有兩個重要概念：併發和隔離。
併發是爲了儘可能讓硬件利用率高，線程是爲了在系統層面作到併發。線程上下文切換效率比進程上下文切換會高不少，這樣能夠提升併發效率。

隔離也是併發以後要解決的重要問題，計算機的資源通常是共享的，隔離要能保障崩潰了這些資源可以被回收，不影響其餘代碼的使用。因此說一個操做系統只有線程沒有進程也是能夠的，只是這樣的系統會常常崩潰而已，操做系統剛開始發展的時候和這種情形很像。

因此：線程和併發有關係，進程和隔離有關係。線程基本是爲了代碼併發執行引入的概念，由於要分配cpu時間片，暫停後再恢復要可以繼續和沒暫停同樣繼續執行；進程至關於一堆線程加上線程執行過程當中申請的資源，一旦掛了，這些資源都要能回收，不影響其餘程序。