java多线程学习 基础篇(一) 进程和线程的概念

进程产生的背景

　　早期，在单道处理系统下，CPU和I/O设备的运行是串行的，即在程序进行输入输出时，CPU只能等待。CPU只能不断询问I/O操作是否完成，因而不能执行别的程序。由于I/O设备的运行速度相对于CPU来说实在太慢，这种让高速设备等待低速设备的状况效率较低。

　　人们想，能否将CPU运行和I/O设备的运行重叠起来而改善整个系统的效率呢？基于此想法，人们想起将多个程序同时加载到计算机里面，并发执行。这些同时存在于计算机内存中的程序就称为进程。进程让每个用户感觉到自己独占CPU，因此进程就是为了在CPU上实现多道编程而出现的概念

 

线程产生的背景

　　在早期的操作系统中并没有线程的概念，进程是拥有资源和独立运行的最小单位，也是程序执行的最小单位。任务调度采用的是时间片轮转的抢占式调度方式，而进程是任务调度的最小单位，每个进程有各自独立的一块内存，使得各个进程之间内存地址相互隔离。

　　后来，随着计算机的发展，对CPU的要求越来越高，进程之间的切换开销较大，已经无法满足越来越复杂的程序的要求了。于是就发明了线程，线程是程序执行中一个单一的顺序控制流程，是程序执行流的最小单元，是处理器调度和分派的基本单位。

　　一个进程可以有一个或多个线程，各个线程之间共享程序的内存空间(也就是所在进程的内存空间)。一个标准的线程由线程ID，当前指令指针PC，寄存器和堆栈组成。而进程由内存空间(代码，数据，进程空间，打开的文件)和一个或多个线程组成。

 

 

线程和进程的区别

 

进程和线程都是一个时间段的描述，是CPU工作时间段的描述，不过是颗粒大小不同。

进程process：进程就是时间总和=执行环境切换时间+程序执行时间-->CPU加载执行环境->CPU执行程序->CPU保存执行环境

线程thread：线程也是时间总和=执行环境切换时间（共享进程的）+程序模块执行时间-->CPU加载执行环境（共享进程的）->CPU执行程序摸块->CPU保存执行环境（共享进程的）

　　

区别：

1. 线程程序任务调度和执行的最小单位。进程是资源分配的最小单位
2. 进程拥有独立的栈堆空间和数据段，启动一个新的进程必须分配给它独立的地址空间，系统开销大。线程拥有独立的栈堆空间，但是共享数据段，开销小，切换速度快，效率高。
3. 进程间相对独立，安全性高。一个线程死掉等于整个进程死掉。
4. 进程间相对独立，通信机制较复杂。线程通信机制由于共享数据段，通信机制方便。
5. 同进程的所有线程贡献该进程的所有资源，包括文件描述符，而不同进程相对独立。
6. 线程必定只能属于一个进程，而进程可以拥有多个线程而且至少拥有一个线程。

 

线程和进程场景选择：

1. 创建和销毁一个进程代价很大，需要频繁创建销毁优先使用线程。
2. 线程切换速度快，在需要大量计算、切换频繁时用线程，耗时的操作使用线程可提高应用程序的响应。
3. 对CPU系统的效率上线程占有，所以可能要发展到多级分布的用进程、多喝分布用线程。
4. 并行操作用线程。

 

 

为什么需要多线程？

多线程出现的原因比较直接，就是为了解决负载均衡问题，充分利用CPU资源，为了提高CPU的使用率，采用多线程的方式去同时完成几件事情而不互相干扰，为了处理大量的IO操作时或处理的情况需要花费大量的时间等等，比如:读写文件,视频图像的采集,处理,显示,保存等

 

多线程的好处:

• 进程间的通信比较复杂，而线程间的通信比较简单，通常情况下，我们需要使用共享资源，这些资源在线程间的通信比较容易。
• 进程是重量级的，而线程是轻量级的，故多线程方式的系统开销更小。
• 程序的运行效率可能会提高 

 

多线程的缺点:

1. 如果有大量的线程,会影响性能,因为操作系统需要在它们之间切换.
2. 更多的线程需要更多的内存空间
3. 线程中止需要考虑对程序运行的影响.
4. 通常块模型数据是在多个线程间共享的,需要防止线程死锁情况的发生