每个程序员都会遇到的面试问题:谈谈进程和线程的区别

当你刚入职场时,无论你是用C++还是Java甚至只是应聘运维岗位,相信你都会遇到这个问题。

这是一个很基础的问题,但又是一个很考验人水平的问题。

说基础是因为每个学计算机的人都应该懂,进程线程是计算机的基础概念,是每个程序员时时刻刻都要接触的东西。

但这又是一个充满陷阱可以无限扩展和深入的一个问题。比如可以从操作系统知识扩展到计算机组成原理,可以从单线程扩展到并发编程,可以从并发编程深入到线程同步、线程安全、进程间通信等等。

 

 

 

那么我们该如何回答好这个问题呢?

既然要谈区别,那么首先需要理解什么是进程和线程。

之前,我读到一篇材料,发现有一个很好的类比,可以把它们解释地清晰易懂。

1.计算机的核心是CPU,它承担了所有的计算任务。它就像一座工厂,时刻在运行。

2.假定工厂的电力有限,一次只能供给一个车间使用。也就是说,一个车间开工的时候,其他车间都必须停工。背后的含义就是,单个CPU一次只能运行一个任务。

3.进程就好比工厂的车间,它代表CPU所能处理的单个任务。任一时刻,CPU总是运行一个进程,其他进程处于非运行状态。

4.一个车间里,可以有很多工人。他们协同完成一个任务。

5.线程就好比车间里的工人。一个进程可以包括多个线程。

6.车间的空间是工人们共享的,比如许多房间是每个工人都可以进出的。这象征一个进程的内存空间是共享的,每个线程都可以使用这些共享内存。

7.可是,每间房间的大小不同,有些房间最多只能容纳一个人,比如厕所。里面有人的时候,其他人就不能进去了。这代表一个线程使用某些共享内存时,其他线程必须等它结束,才能使用这一块内存。

8.一个防止他人进入的简单方法,就是门口加一把锁。先到的人锁上门,后到的人看到上锁,就在门口排队,等锁打开再进去。这就叫"互斥锁"(Mutual exclusion,缩写 Mutex),防止多个线程同时读写某一块内存区域。

9.还有些房间,可以同时容纳n个人,比如厨房。也就是说,如果人数大于n,多出来的人只能在外面等着。这好比某些内存区域,只能供给固定数目的线程使用。

10.这时的解决方法,就是在门口挂n把钥匙。进去的人就取一把钥匙,出来时再把钥匙挂回原处。后到的人发现钥匙架空了,就知道必须在门口排队等着了。这种做法叫做"信号量"(Semaphore),用来保证多个线程不会互相冲突。

不难看出,mutex是semaphore的一种特殊情况(n=1时)。也就是说,完全可以用后者替代前者。但是,因为mutex较为简单,且效率高,所以在必须保证资源独占的情况下,还是采用这种设计。

11.操作系统的设计,因此可以归结为三点:

(1)以多进程形式,允许多个任务同时运行;

(2)以多线程形式,允许单个任务分成不同的部分运行;

(3)提供协调机制,一方面防止进程之间和线程之间产生冲突,另一方面允许进程之间和线程之间共享资源。

这个类比可以很形象的说明进程与线程的区别。

当然面试的时候你不可能说上这一堆,面试官估计要跟你急,时间宝贵,我们需要用最精简的语言说出两者的概念以及区别。

 

你可以这样分点回答(面试时需要逻辑条理清晰、语言简洁、直中要害):

(1)进程

进程是程序的一次执行过程,是一个动态概念,是程序在执行过程中分配和管理资源的基本单位,每一个进程都有一个自己的地址空间,至少有 5 种基本状态,它们是:初始态,执行态,等待状态,就绪状态,终止状态。

(2)线程

 线程是CPU调度和分派的基本单位,它可与同属一个进程的其他的线程共享进程所拥有的全部资源。

(3)联系

 线程是进程的一部分,一个线程只能属于一个进程,而一个进程可以有多个线程,但至少有一个线程。

(4)区别:理解它们的差别,我从资源使用的角度出发。(所谓的资源就是计算机里的中央处理器,内存,文件,网络等等)

根本区别:进程是操作系统资源分配的基本单位,而线程是任务调度和执行的基本单位

在开销方面:每个进程都有独立的代码和数据空间(程序上下文),程序之间的切换会有较大的开销;线程可以看做轻量级的进程,同一类线程共享代码和数据空间,每个线程都有自己独立的运行栈和程序计数器(PC),线程之间切换的开销小。

所处环境:在操作系统中能同时运行多个进程(程序);而在同一个进程(程序)中有多个线程同时执行(通过CPU调度,在每个时间片中只有一个线程执行)

内存分配方面:系统在运行的时候会为每个进程分配不同的内存空间;而对线程而言,除了CPU外,系统不会为线程分配内存(线程所使用的资源来自其所属进程的资源),线程组之间只能共享资源。

包含关系:没有线程的进程可以看做是单线程的,如果一个进程内有多个线程,则执行过程不是一条线的,而是多条线(线程)共同完成的;线程是进程的一部分,所以线程也被称为轻权进程或者轻量级进程。

 

 

扩展阅读

1、为什么需要设计线程?

在传统进程模型中,进程的内涵可分为下面两个方面:

  • 调度、执行的基本单位:每个进程都有自己的运行状态、优先级、寄存器等,是OS调度的基本单位。
  • 资源所有权:包括程序、数据、文件等资源。一个进程拥有对这些资源的所有权,OS则提供保护功能,避免不同进程之间的资源冲突。

 

既然是两个独立的功能,可不可以把它们分离呢?这就出现了线程(thread)的概念:

  • 执行与调度的基本单位:thread
  • 资源所有权:process

 

那么执行与调度的基本单位是线程,这样设置有什么好处?

计算机操作系统里面有两个重要概念:并发和隔离。
并发是为了尽量让硬件利用率高,线程是为了在系统层面做到并发。线程上下文切换效率比进程上下文切换会高很多,这样可以提高并发效率。

隔离也是并发之后要解决的重要问题,计算机的资源一般是共享的,隔离要能保障崩溃了这些资源能够被回收,不影响其他代码的使用。所以说一个操作系统只有线程没有进程也是可以的,只是这样的系统会经常崩溃而已,操作系统刚开始发展的时候和这种情形很像。


所以:线程和并发有关系,进程和隔离有关系。线程基本是为了代码并发执行引入的概念,因为要分配cpu时间片,暂停后再恢复要能够继续和没暂停一样继续执行;进程相当于一堆线程加上线程执行过程中申请的资源,一旦挂了,这些资源都要能回收,不影响其他程序。

 

posted @ 2018-10-10 15:25 老莫offer 阅读(...) 评论(...) 编辑 收藏