11.python併發入門（part1 初識進程與線程，併發，並行，同步，異步）

1、什麼是進程？

在說什麼是進程以前，須要先插入一個進程切換的概念！

進程，能夠理解爲一個正在運行的程序。

如今考慮一個場景，假若有兩個程序A和B，程序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。你是否是已經想到在程序A讀取數據的過程當中，讓程序B去執行，當程序A讀取完數據以後，讓程序B暫停。這固然沒問題，但這裏有一個關鍵詞：切換。

既然是切換，那麼這就涉及到了狀態的保存，狀態的恢復，加上程序A與程序B所須要的系統資源（內存，硬盤，鍵盤等等）是不同的。天然而然的就須要有一個東西去記錄程序A和程序B分別須要什麼資源，怎樣去識別程序A和程序B等等既然是切換，那麼這就涉及到了狀態的保存，狀態的恢復，加上程序A與程序B所須要的系統資源（內存，硬盤，鍵盤等等）是不同的。天然而然的就須要有一個東西去記錄程序A和程序B分別須要什麼資源，怎樣去識別程序A和程序B等等既然是切換，那麼這就涉及到了狀態的保存，狀態的恢復，加上程序A與程序B所須要的系統資源（內存，硬盤，鍵盤等等）是不同的。天然而然的就須要有一個東西去記錄程序A和程序B分別須要什麼資源，怎樣去識別程序A和程序B等等

簡單說了進程切換的概念，接下來就來講說進程的定義吧。

進程，通常由三部分組成，分別是程序，數據集（這個程序裏的數據），進程控制塊三個部分組成，

咱們編寫的程序用來描述進程要完成哪些功能以及如何完成；數據集則是程序在執行過程當中所須要使用的資源；進程控制塊用來記錄進程的外部特徵，描述進程的執行變化過程，系統能夠利用它來控制和管理進程，它是系統感知進程存在的惟一標誌。

2、什麼是線程？

1.多線程的引入

假如，一個編輯器程序，須要去接收鍵盤的輸入，還須要把內容輸出到屏幕上，還須要把內容寫到硬盤中，若是隻有單進程的話，就會形成同一時間只能作一件事的狀況，（好比說，在將文本保存到硬盤，尚未保存完以前不能作其餘事情）。

接下來能夠試試開多個線程，爲這個程序的每個功能去開一個線程，進程A去接收用戶鍵盤的輸入，進程B把用戶輸入的內容顯示在屏幕上，進程C負責把文本數據保存到硬盤。

這裏進程A，B，C間的協做涉及到了進程通訊問題，並且有共同都須要擁有的東西，這個東西就是文本的內容！！（這也就是以前提到進程中數據集的概念！）

如果這幾個進程之間要互相協做，必需要把數據資源保存給每一個進程！，有多個進程，原來的數據集就會有多份！

在這就須要引入一個概念，也就是說不一樣進程之間的數據集都是獨立的！默認是沒法共享的！

這幾個進程在不停切換的時候，會形成性能上的損失，這是由於進程和進程之間的數據資源都是獨立的！！

遇到這種狀況，推薦使用多線程。

還拿剛說到的文本編輯器的程序來舉例，假若有一種機制，能夠分別使任務A，任務B，任務C共享一個數據集，這樣，在cpu上下文切換的時候，所須要保存和恢復的內容就會少不少！而且又能夠減小進程之間通訊所帶來的損耗！ 這種機制就是多線程！！

咱們能夠把多線程理解爲一個輕量級的多進程。

線程是cpu的最小執行單元，同時也是程序執行的最小單元。

線程是由「線程id」，「程序計數器」，「集合」，「堆棧」 共同組成的。

線程的引入減少了程序併發執行時的開銷，提升了操做系統的併發性能。

不過須要注意的是！！線程並無本身的數據集！！

3、進程和線程之間的關係。

1.線程能夠理解爲是進程的實體。

2.一個進程中至少必須包含一個線程。

3.一個線程只能分配給一個進程，一個進程能夠有多個線程。（咱們也能夠理解爲進程是線程的容器。）

4.cpu在分配資源（數據集）的時候，只能把資源分配給進程！！！

5.真正放在cpu上運行的是線程。

4、並行與併發的概念。

並行處理（Parallel Processing） ：並行處理是計算機能夠同時執行多個處理的一種計算方法。

（並行處理的主要目的是節省大型和複雜問題的解決時間）

併發處理（concurrency Processing）：指一個時間段中有幾個程序都處於已啓動運行到運行完畢之間，且這幾個程序都是在同一個CPU上運行，但任一個時刻點上只有一個程序在CPU上運行。

併發的關鍵是你有處理多個任務的能力，不必定要同時。並行的關鍵是你有同時處理多個任務的能力。因此說，並行是併發的子集。

5、同步與異步

同步就是指一個進程在執行某個請求的時候，若該請求須要一段時間才能返回信息，那麼這個進程將會一直等待下去，直到收到返回信息才繼續執行下去；異步是指進程不須要一直等下去，而是繼續執行下面的操做，無論其餘進程的狀態。當有消息返回時系統會通知進程進行處理，這樣能夠提升執行的效率。舉個例子，打電話時就是同步通訊，發短息時就是異步通訊。

6、補充說明。

1. 什麼狀況下會觸發進程的切換？

   1.1出現I/O操做

   1.2這個進程運行的時間超出了cpu分配給它的時間片。

2. 進程和線程。

   2.1 進程：資源管理單位（線程的容器）。

   2.2 線程：最小的執行單位。

   
   

3.多線程和多進程的應用場景。

對於計算密集型的任務，在python中使用多線程是徹底沒有意義的！！甚至可能會讓程序變得更慢，在python下，對於計算密集型的任務，推薦使用多進程！（這種現象徹底是全局解釋器鎖的特性致使的。）

對於I/O密集型的任務，推薦使用多線程。