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进程与多线程
2022-06-24 09:47:00 【兀坐晴窗独饮茶】
进程与线程
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)
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
二者对比
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
并行与并发
并行
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
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。
- 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
案例1 : 异步调用
异步调用
对于调用方来说 :
- 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…
案例2 : 并行执行
案例介绍
充分利用多核 cpu 的优势,提高运行效率。如下面的场景 :
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 个
- 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
需要在多核 cpu 才能提高效率,单核仍然时是轮流执行
总结
- 单核 cpu 下,多线程不能实际提高程序运行效率,只是为了能够在不同的任务之间切换,不同线程轮流使用
cpu ,不至于一个线程总占用 cpu,别的线程没法干活 - 多核 cpu 可以并行跑多个线程,但能否提高程序运行效率还是要分情况的
有些任务,经过精心设计,将任务拆分,并行执行,当然可以提高程序的运行效率。但不是所有计算任
务都能拆分(参考后文的【阿姆达尔定律】)
也不是所有任务都需要拆分,任务的目的如果不同,谈拆分和效率没啥意义 - IO 操作不占用 cpu,只是我们一般拷贝文件使用的是【阻塞 IO】,这时相当于线程虽然不用 cpu,但需要一
直等待 IO 结束,没能充分利用线程。所以才有后面的【非阻塞 IO】和【异步 IO】优化
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