进程与线程

进程

• 程序由指令和数据组成，但这些指令要运行，数据要读写，就必须将指令加载至 CPU，数据加载至内存。在指令运行过程中还需要用到磁盘、网络等设备。进程就是用来加载指令、管理内存、管理 IO 的。

• 当一个程序被运行，从磁盘加载这个程序的代码至内存，这时就开启了一个进程。

• 进程就可以视为程序的一个实例。大部分程序可以同时运行多个实例进程（例如记事本、画图、浏览器等），也有的程序只能启动一个实例进程（例如网易云音乐、360 安全卫士等）

线程

• 一个进程之内可以分为一到多个线程。

• 一个线程就是一个指令流，将指令流中的一条条指令以一定的顺序交给 CPU 执行

• Java 中，线程作为最小调度单位，进程作为资源分配的最小单位。 在 windows 中进程是不活动的，只是作为线程的容器

二者对比

• 进程基本上相互独立的，而线程存在于进程内，是进程的一个子集

• 进程拥有共享的资源，如内存空间等，供其内部的线程共享

• 进程间通信较为复杂，线程通信相对简单，因为它们共享进程内的内存，一个例子是多个线程可以访问同一个共享变量

• 同一台计算机的进程通信称为 IPC（Inter-process communication），不同计算机之间的进程通信，需要通过网络，并遵守共同的协议，例如 HTTP

• 线程更轻量，线程上下文切换成本一般上要比进程上下文切换低

并行与并发

并发

并行

例子

• 家庭主妇做饭、打扫卫生、给孩子喂奶，她一个人轮流交替做这多件事，这时就是并发

• 家庭主妇雇了个保姆，她们一起这些事，这时既有并发，也有并行（这时会产生竞争，例如锅只有一口，一 个人用锅时，另一个人就得等待）

• 雇了3个保姆，一个专做饭、一个专打扫卫生、一个专喂奶，互不干扰，这时是并行

引用 Rob Pike 的一段描述：

• 并发（concurrent）是同一时间应对（dealing with）多件事情的能力

• 并行（parallel）是同一时间动手做（doing）多件事情的能力

应用

异步调用

• 需要等待结果返回，才能继续运行就是同步

• 不需要等待结果返回，就能继续运行就是异步

设计

可以看到，主要由两点区别：

1. 线程名不同：同步的时候，线程名称都是main，而异步的时候，有main和Thread-0两个线程

2. 执行顺序不同：同步的时候，顺序执行，先等读取文件，之后再do other things ...，异步的时候，可以不用等待。

结论

• 比如在项目中，视频文件需要转换格式等操作比较费时，这时开一个新线程处理视频转换，避免阻塞主线程

• tomcat 的异步 servlet 也是类似的目的，让用户线程处理耗时较长的操作，避免阻塞 tomcat 的工作线程

• ui 程序中，开线程进行其他操作，避免阻塞 ui 线程

提高效率

• 如果是串行执行，那么总共花费的时间是 10 + 11 + 9 + 1 = 31ms

• 但如果是四核 cpu，各个核心分别使用线程 1 执行计算 1，线程 2 执行计算 2，线程 3 执行计算 3，那么 3 个 线程是并行的，花费时间只取决于最长的那个线程运行的时间，即 11ms最后加上汇总时间只会花费 12ms

设计

结论

• 单核 cpu 下，多线程不能实际提高程序运行效率，只是为了能够在不同的任务之间切换，不同线程轮流使用 cpu ，不至于一个线程总占用 cpu，别的线程没法干活

• 多核 cpu 可以并行跑多个线程，但能否提高程序运行效率还是要分情况的【多线程可以提高程序运行效率不是绝对的】
1. 有些任务，经过精心设计，将任务拆分，并行执行，当然可以提高程序的运行效率。但不是所有计算任 务都能拆分（参考后文的【阿姆达尔定律】）
2. 也不是所有任务都需要拆分，任务的目的如果不同，谈拆分和效率没啥意义

• IO 操作不占用 cpu，只是我们一般拷贝文件使用的是【阻塞 IO】，这时相当于线程虽然不用 cpu，但需要一 直等待 IO 结束，没能充分利用线程。所以才有后面的【非阻塞 IO】和【异步 IO】优化