一、进程与线程

1.进程与线程

1.1 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）

1.2 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

1.3 两者对比

• 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 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。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

2. 并行与并发

2.1 并发

单核 cpu 下，线程实际还是串行执行的。操作系统中有一个组件叫做任务调度器，将 cpu 的时间片（windows下时间片最小约为 15 毫秒）分给不同的程序使用，只是由于 cpu 在线程间（时间片很短）的切换非常快，人类感觉是同时运行的 。总结为一句话就是： 微观串行，宏观并行

一般会将这种线程轮流使用 CPU 的做法称为并发， concurrent

2.2 并行

多核 cpu下，每个核（core） 都可以调度运行线程，这时候线程可以是并行的。


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

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

3. 应用

3.1 同步调用

@Slf4j(topic = "c.Sync")
public class Sync {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        log.debug("start sleep");
        TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(2000);
        log.debug("end sleep");
        log.debug("do other thing");
    }
}

3.2 异步调用

@Slf4j(topic = "c.Async")
public class Async {
    public static void main(String[] args){
        new Thread(() -> {
            log.debug("start sleep");
            try {
                TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(2000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            log.debug("end sleep");
        }).start();
        log.debug("do other thing");
    }
}

可以发现。执行睡眠操作时的线程名称已经改变了，而且操作的顺序已经发生了改变。

3.3 异步调用的案例

以调用方角度来讲，如果

• 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
多线程可以让方法执行变为异步的（即不要巴巴干等着）比如说读取磁盘文件时，假设读取操作花费了 5 秒钟，如果没有线程调度机制，这 5 秒 cpu 什么都做不了，其它代码都得暂停…

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

案例

计算 1 花费 10 ms

计算 2 花费 11 ms

计算 3 花费 9 ms

汇总需要 1 ms

• 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 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

注意：需要在多核 cpu 才能提高效率，单核仍然时是轮流执行