併發編程(進程與線程)

1、前言

進程即正在執行的一個過程。進程是對正在運行程序的一個抽象。

進程的概念起源於操做系統，是操做系統最核心的概念，也是操做系統提供的最古老也是最重要的抽象概念之一。操做系統的其餘全部內容都是圍繞進程的概念展開的。   

PS：即便能夠利用的cpu只有一個（早期的計算機確實如此），也能保證支持（僞）併發的能力。將一個單獨的cpu變成多個虛擬的cpu（多道技術：時間多路複用和空間多路複用+硬件上支持隔離），沒有進程的抽象，現代計算機將不復存在。

 操做系統的做用：
    1：隱藏醜陋複雜的硬件接口，提供良好的抽象接口
    2：管理、調度進程，而且將多個進程對硬件的競爭變得有序

2、併發編程之多進程       

多進程詳細連接

 1. 什麼是進程

    進程就是一個正在進行/運行的程序,換言之,進程指的是一個程序的運行過程

    程序vs進程:
        程序:只是一堆代碼文件
        進程:程序運行的過程纔是進程

    串行:一個任務完完整整地運行完畢,再執行下一個任務,按次序依次進行
        串行看起來就是一個一個運行的:對
        一個一個的運行就是串行:錯誤

    併發(切換+保存狀態):多個任務看起來是同時運行,單核就能夠實行併發
    並行:多個任務是真正意義上的同時運行,只有多核才能實現並行

    多道技術的產生背景:就是想要在單核下實現併發

 　　ps：
    　　如今的主機通常是多核，那麼每一個核都會利用多道技術
    　　有4個cpu，運行於cpu1的某個程序遇到io阻塞，會等到io結束再從新調度，會被調度到4個
    　　cpu中的任意一個，具體由操做系統調度算法決定

        如何實現:
              1. 空間上的複用:將內存分爲幾部分，每一個部分放入一個程序的數據，
　　　　　　　　　這樣，同一時間內存中就有了多道程序的數據,爲cpu在多個任務間切換作準備
            

　　　　　　　2. 時間上的複用:多個進程共享cpu的時間
                關鍵點就是cpu在多個任務之間進行切換
                有兩種狀況下會發生切換:
                    1. 一個任務佔用cpu時間過長(沒有遇到IO操做):會下降效率
                    1. 一個任務在運行的過程當中遇到IO操做: 能夠提高效率

2. 爲什麼要用進程
    要實現併發效果

 　　　　

同步\異步 and 阻塞\非阻塞（重點）

同步

同步，就是在發出一個功能調用時，在沒有獲得結果以前，該調用就不會返回。按照這個定義，其實絕大多數函數都是同步調用。可是通常而言，咱們在說同步、異步的時候，特指那些須要其餘部件協做或者須要必定時間完成的任務。 舉例：
　 1. concurrent.futures.ProcessPoolExecutor().submit(func,).result()
 2. concurrent.futures.ThreadPoolExecutor().submit(func,).result() 一提交便獲得結果

異步

異步的概念和同步相對。當一個異步功能調用發出後，調用者不能馬上獲得結果。當該異步功能完成後，經過狀態、通知或回調來通知調用者。若是異步功能用狀態來通知，那麼調用者就須要每隔必定時間檢查一次，效率就很低（有些初學多線程編程的人，總喜歡用一個循環去檢查某個變量的值，這實際上是一 種很嚴重的錯誤）。若是是使用通知的方式，效率則很高，由於異步功能幾乎不須要作額外的操做。至於回調函數，其實和通知沒太多區別。
舉例：
　　1. concurrent.futures.ProcessPoolExecutor(3).submit(func,)
 2. concurrent.futures.ThreadPoolExecutor(3).submit(func,)

 阻塞

#阻塞調用是指調用結果返回以前，當前線程會被掛起（如遇到io操做）。函數只有在獲得結果以後纔會將阻塞的線程激活。有人也許會把阻塞調用和同步調用等同起來，實際上他是不一樣的。對於同步調用來講，不少時候當前線程仍是激活的，只是從邏輯上當前函數沒有返回而已。
#舉例：
#1. 同步調用：apply一個累計1億次的任務，該調用會一直等待，直到任務返回結果爲止，但並未阻塞住（即使是被搶走cpu的執行權限，那也是處於就緒態）;
#2. 阻塞調用：當socket工做在阻塞模式的時候，若是沒有數據的狀況下調用recv函數，則當前線程就會被掛起，直到有數據爲止。

 

非阻塞

#非阻塞和阻塞的概念相對應，指在不能馬上獲得結果以前也會馬上返回，同時該函數不會阻塞當前線程。

總結

1. 同步與異步針對的是函數/任務的調用方式：同步就是當一個進程發起一個函數（任務）調用的時候，一直等到函數（任務）完成，而進程繼續處於激活狀態。而異步狀況下是當一個進程發起一個函數（任務）調用的時候，不會等函數返回，而是繼續往下執行當，函數返回的時候經過狀態、通知、事件等方式通知進程任務完成。 2. 阻塞與非阻塞針對的是進程或線程：阻塞是當請求不能知足的時候就將進程掛起，而非阻塞則不會阻塞當前進程

 

3、併發編程之多線程

多線程詳細連接

一、什麼是線程

線程顧名思義，就是一條流水線工做的過程，一條流水線必須屬於一個車間，一個車間的工做過程是一個進程

關係：

程序------>進程（至少一個主進程）------>線程（至少一個主線程，依賴於進程）

進程只是用來把資源集中到一塊兒（進程只是一個資源單位，或者說資源集合），而線程纔是cpu上的執行單位。

 

#能夠想象成北京地鐵與上海地鐵是不一樣的進程，而北京地鐵裏的13號線是一個線程，北京地鐵全部的線路共享北京地鐵全部的資源，好比全部的乘客能夠被全部線路拉。

生活中進程、線程

 

二、建立線程的開銷小

若是咱們的軟件是一個工廠，該工廠有多條流水線，流水線工做須要電源，電源只有一個即cpu（單核cpu）

一個車間就是一個進程，一個車間至少一條流水線（一個進程至少一個線程）

建立一個進程，就是建立一個車間（申請空間，在該空間內建至少一條流水線）

而建線程，就只是在一個車間內造一條流水線，無需申請空間，因此建立開銷小

 

三、線程與進程的區別

線程共享建立它的進程的地址空間                      進程有本身的地址空間。

線程能夠直接訪問進程的數據段                         進程擁有父進程的數據段的本身的副本。

線程能夠直接與進程的其餘線程通訊                  進程必須使用進程間通訊來與兄弟進程通訊。

新線程很容易建立                                               新進程須要複製父進程。

線程能夠對同一進程的線程進行至關大的控制    進程只能對子進程進行控制。

對主線程的更改(取消、優先級更改等)可能會影響進程中其餘線程的行爲                對父進程的更改不會影響子進程。

 

四、爲什麼用多線程

多線程指的是，在一個進程中開啓多個線程

      1. 多線程共享一個進程的地址空間

      2. 線程比進程更輕量級，線程比進程更容易建立可撤銷，在許多操做系統中，建立一個線程比建立一個進程要快10-100倍，在有大量線程須要動態和快速修改時，這一特性頗有用

      3. 若多個線程都是cpu密集型的，那麼並不能得到性能上的加強，可是若是存在大量的計算和大量的I/O處理，擁有多個線程容許這些活動彼此重疊運行，從而會加快程序執行的速度。

  很形象的線程小故事