一、进程与线程

一、进程和线程的定义

1. 进程

进程是执行程序的一次从创建到消亡的过程。程序本身只是指令和数据的有序集合,是一个静态概念。而进程是一个动态的概念,是系统资源分配的单位。

注:一个进程只能对应一个程序,而一个程序可以对应多个进程

2. 线程

线程是一个比进程更小的执行单位,一个进程在执行过程中可以产生多个线程,当然也至少会存在一个线程,否则进程就没有存在的意义。线程是CPU调度和执行的单位。

注:真正的多线程是指有多个CPU,即多核。很多多线程是模拟出来的,即在一个CPU的情况下,在同一个时间点,CPU只能执行一个代码,因为切换的很快,所以就有同时执行的错觉。

二、Java中的进程与线程

1. 需要注意的点

  • 线程就是独立的执行路径
  • 在程序运行时,即使自己没有创建线程,后台也会有多个线程,如主线程、GC线程
  • main() 称之为主线程,是系统的入口,用于执行整个程序
  • 在一个进程中,如果开辟了多个线程,线程的运行由调度器安排调度。调度器与操作系统密切相关,先后顺序不能人为干预
  • 对同一份资源操作时,会存在资源抢夺问题,需要加入并发控制
  • 线程会带来额外的开销,如CPU调度时间、并发控制开销
  • 每个线程在自己的工作内存交互,内存控制不当会造成数据不一致

2. 进程与线程的关系

JVM运行时数据区域

由图可以看出:

  • 一个进程可以有多个线程,多个线程共享进程的堆和方法区中的资源
  • 每个线程都有自己的程序计数器、Java虚拟机栈和本地方法栈
  • 两者最大的不同是各进程基本上都是独立的,而各线程则不一定,因为同一进程中的线程极有可能互相影响
  • 线程执行开销小,但不利于资源的管理和保护,而进程相反

三、小结

  • 进程的出现让操作系统的并发成为了可能,而线程的出现则让进程内部的并发成为了可能
  • 既然多进程可以实现并发,那么使用多线程的好处在于:
    • 通常情况下会用到共享资源,而线程间通信比进程间的通信简单
    • 线程比进程更轻量,开销更小

四、扩展

  • 上下文切换是指从一个进程(或线程)切换到另一个进程(或线程)
  • 上下文是指某一时间点 CPU 寄存器和程序计数器的内容
    • 寄存器是 CPU 内部的闪存,通常存储和访问计算过程的中间值
    • 程序计数器是一个专用的寄存器,存储正在执行的指令的位置或下一个将要被执行的指令的位置(在 Java 中的实现可参考 JVM 相关内容)
  • 上下文切换通常是计算密集型的,意味着会消耗大量时间,所以线程并不是越多越好。在实现多线程的同时减少上下文切换次数才是重点
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