浅谈多进程多线程的选择

在看thinking in java 的 并发 章节时,里面有这样一句话:实现并发的最简单的方式就是多进程,但没有进一步的解释说明,然后后面都在讲多线程编程,当时就有疑惑,那到底多进程和多线程该如何选择,

网上找答案时,发现这篇文章总结的比较到位,遂转来分享学习。完整的原文包括一些简单的数据测试,具体可以看原博客。

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 转自:http://blog.csdn.net/lishenglong666/article/details/8557215

鱼还是熊掌:浅谈多进程多线程的选择

关于多进程和多线程,教科书上最经典的一句话是“进程是资源分配的最小单位,线程是CPU调度的最小单位”,这句话应付考试基本上够了,但如果在工作中遇到类似的选择问题,那就没有这么简单了,选的不好,会让你深受其害。

 

经常在网络上看到有的XDJM问“多进程好还是多线程好?”、“Linux下用多进程还是多线程?”等等期望一劳永逸的问题,我只能说:没有最好,只有更好。根据实际情况来判断,哪个更加合适就是哪个好。

 

我们按照多个不同的维度,来看看多线程和多进程的对比(注:因为是感性的比较,因此都是相对的,不是说一个好得不得了,另外一个差的无法忍受)。

对比维度

多进程

多线程

总结

数据共享、同步

数据共享复杂,需要用IPC;数据是分开的,同步简单

因为共享进程数据,数据共享简单,但也是因为这个原因导致同步复杂

各有优势

内存、CPU

占用内存多,切换复杂,CPU利用率低

占用内存少,切换简单,CPU利用率高

线程占优

创建销毁、切换

创建销毁、切换复杂,速度慢

创建销毁、切换简单,速度很快

线程占优

编程、调试

编程简单,调试简单

编程复杂,调试复杂

进程占优

可靠性

进程间不会互相影响

一个线程挂掉将导致整个进程挂掉

进程占优

分布式

适应于多核、多机分布式;如果一台机器不够,扩展到多台机器比较简单

适应于多核分布式

进程占优

 

看起来比较简单,优势对比上是“线程 3.5 v 2.5 进程”,我们只管选线程就是了?

 

呵呵,有这么简单我就不用在这里浪费口舌了,还是那句话,没有绝对的好与坏,只有哪个更加合适的问题。我们来看实际应用中究竟如何判断更加合适。

1)需要频繁创建销毁的优先用线程

原因请看上面的对比。

这种原则最常见的应用就是Web服务器了,来一个连接建立一个线程,断了就销毁线程,要是用进程,创建和销毁的代价是很难承受的

2)需要进行大量计算的优先使用线程

所谓大量计算,当然就是要耗费很多CPU,切换频繁了,这种情况下线程是最合适的。

这种原则最常见的是图像处理、算法处理。

3)强相关的处理用线程,弱相关的处理用进程

什么叫强相关、弱相关?理论上很难定义,给个简单的例子就明白了。

一般的Server需要完成如下任务:消息收发、消息处理。“消息收发”和“消息处理”就是弱相关的任务,而“消息处理”里面可能又分为“消息解码”、“业务处理”,这两个任务相对来说相关性就要强多了。因此“消息收发”和“消息处理”可以分进程设计,“消息解码”、“业务处理”可以分线程设计。

当然这种划分方式不是一成不变的,也可以根据实际情况进行调整。

4)可能要扩展到多机分布的用进程,多核分布的用线程

原因请看上面对比。

5)都满足需求的情况下,用你最熟悉、最拿手的方式

至于“数据共享、同步”、“编程、调试”、“可靠性”这几个维度的所谓的“复杂、简单”应该怎么取舍,我只能说:没有明确的选择方法。但我可以告诉你一个选择原则:如果多进程和多线程都能够满足要求,那么选择你最熟悉、最拿手的那个。

 

需要提醒的是:虽然我给了这么多的选择原则,但实际应用中基本上都是“进程+线程”的结合方式,千万不要真的陷入一种非此即彼的误区。

 

 

1、进程与线程

 

进程是程序执行时的一个实例,即它是程序已经执行到课中程度的数据结构的汇集。从内核的观点看,进程的目的就是担当分配系统资源(CPU时间、内存等)的基本单位。

线程是进程的一个执行流,是CPU调度和分派的基本单位,它是比进程更小的能独立运行的基本单位。一个进程由几个线程组成(拥有很多相对独立的执行流的用户程序共享应用程序的大部分数据结构),线程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。

"进程——资源分配的最小单位,线程——程序执行的最小单位"

进程有独立的地址空间,一个进程崩溃后,在保护模式下不会对其它进程产生影响,而线程只是一个进程中的不同执行路径。线程有自己的堆栈和局部变量,但线程没有单独的地址空间,一个线程死掉就等于整个进程死掉,所以多进程的程序要比多线程的程序健壮,但在进程切换时,耗费资源较大,效率要差一些。但对于一些要求同时进行并且又要共享某些变量的并发操作,只能用线程,不能用进程。

 

总的来说就是:进程有独立的地址空间,线程没有单独的地址空间(同一进程内的线程共享进程的地址空间)。(下面的内容摘自Linux下的多线程编程

使用多线程的理由之一是和进程相比,它是一种非常"节俭"的多任务操作方式。我们知道,在Linux系统下,启动一个新的进程必须分配给它独立的地址空间,建立众多的数据表来维护它的代码段、堆栈段和数据段,这是一种"昂贵"的多任务工作方式。而运行于一个进程中的多个线程,它们彼此之间使用相同的地址空间,共享大部分数据,启动一个线程所花费的空间远远小于启动一个进程所花费的空间,而且,线程间彼此切换所需的时间也远远小于进程间切换所需要的时间。据统计,总的说来,一个进程的开销大约是一个线程开销的30倍左右,当然,在具体的系统上,这个数据可能会有较大的区别。

使用多线程的理由之二是线程间方便的通信机制。对不同进程来说,它们具有独立的数据空间,要进行数据的传递只能通过通信的方式进行,这种方式不仅费时,而且很不方便。线程则不然,由于同一进程下的线程之间共享数据空间,所以一个线程的数据可以直接为其它线程所用,这不仅快捷,而且方便。当然,数据的共享也带来其他一些问题,有的变量不能同时被两个线程所修改,有的子程序中声明为static的数据更有可能给多线程程序带来灾难性的打击,这些正是编写多线程程序时最需要注意的地方。

除了以上所说的优点外,不和进程比较,多线程程序作为一种多任务、并发的工作方式,当然有以下的优点:

  • 提高应用程序响应。这对图形界面的程序尤其有意义,当一个操作耗时很长时,整个系统都会等待这个操作,此时程序不会响应键盘、鼠标、菜单的操作,而使用多线程技术,将耗时长的操作(time consuming)置于一个新的线程,可以避免这种尴尬的情况。
  • 使多CPU系统更加有效。操作系统会保证当线程数不大于CPU数目时,不同的线程运行于不同的CPU上。
  • 改善程序结构。一个既长又复杂的进程可以考虑分为多个线程,成为几个独立或半独立的运行部分,这样的程序会利于理解和修改。



在Unix上编程采用多线程还是多进程的争执由来已久,这种争执最常见到在B/S通讯中服务端并发技术 的选型上,比如WEB服务器技术中,Apache是采用多进程的(perfork模式,每客户连接对应一个进程,每进程中只存在唯一一个执行线 程),Java的Web容器Tomcat、Websphere等都是多线程的(每客户连接对应一个线程,所有线程都在一个进程中)。

从Unix发展历史看,伴随着Unix的诞生多进程就出现了,而多线程很晚才被系统支持,例如Linux直到内核2.6,才支持符合Posix规范的NPTL线程库。进程和线程的特点,也就是各自的优缺点如下:

进程优点:编程、调试简单,可靠性较高。
进程缺点:创建、销毁、切换速度慢,内存、资源占用大。
线程优点:创建、销毁、切换速度快,内存、资源占用小。
线程缺点:编程、调试复杂,可靠性较差。

上面的对比可以归结为一句话:“线程快而进程可靠性高”。线程有个别名叫“轻量级进程”,在有的书籍资料上介绍线程可以十倍、百倍的效率快于进程; 而进程之间不共享数据,没有锁问题,结构简单,一个进程崩溃不像线程那样影响全局,因此比较可靠。我相信这个观点可以被大部分人所接受,因为和我们所接受的知识概念是相符的。

在写这篇文章前,我也属于这“大部分人”,这两年在用C语言编写的几个C/S通讯程序中,因时间紧总是采用多进程并发技术,而且是比较简单的现场为 每客户fork()一个进程,当时总是担心并发量增大时负荷能否承受,盘算着等时间充裕了将它改为多线程形式,或者改为预先创建进程的形式,直到最近在网 上看到了一篇论文《Linux系统下多线程与多进程性能分析》作者“周丽 焦程波 兰巨龙”,才认真思考这个问题,我自己也做了实验,结论和论文作者的相似,但对大部分人可以说是颠覆性的。

 

posted on 2016-04-17 18:07  占海涛  阅读(...)  评论(...编辑  收藏

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