1.多线程学习笔记之进程与线程的概念

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1.1.进程与线程

进程（Process）是计算机中的程序关于某数据集合上的一次运行活动，是系统进行资源分配和调度的基本单位，是操作系统结构的基础。在当代面向线程设计的计算机结构中，进程是线程的容器。程序是指令、数据及其组织形式的描述，进程是程序的实体。是计算机中的程序关于某数据集合上的一次运行活动，是系统进行资源分配和调度的基本单位，是操作系统结构的基础。程序是指令、数据及其组织形式的描述，进程是程序的实体

线程（thread）是操作系统能够进行运算调度的最小单位。它被包含在进程之中，是进程中的实际运作单位。一条线程指的是进程中一个单一顺序的控制流，一个进程中可以并发多个线程，每条线程并行执行不同的任务

总结来说: 进程：指在系统中正在运行的一个应用程序；程序一旦运行就是进程；进程— —资源分配的最小单位。线程：系统分配处理器时间资源的基本单元，或者说进程之内独立执行的一个单元执行流。线程——程序执行的最小单位，一个进程可以分到多个线程，一个线程就是一个指令流，将指令流中的一条条指令按照顺序交给cpu进行执行，线程作为java的最小调度单位。

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

1.2.并行与并发

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

在这里插入图片描述

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。

在这里插入图片描述

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

串行，并行，并发的一个理解

串行：在执行时间上不可能重叠，只有上一个任务执行完，才可以接着执行下一个任务

并行：在执行时间上是重叠运行的，多个任务在同一时间上执行，互不干扰

并发：在执行时间上不可能同一时间运行，在同一个时间点只有一个任务在运行，多个任务可以相互干扰，交替执行

1.3.应用

应用之异步调用以调用方角度来讲，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（别的任务可以异步执行）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

同步执行： 在同一个线程中，需要等到read()方法执行完成，main方法中的代码才可以继续向下运行，采用同步的方式

@Slf4j
public class Asyn {
    
    
    public static void main(String[] args) {
    
    
        read();
        log.debug("read finish");
    }

    /**
     * 假设这是一个读取文件的方法，需要耗时3s
     */
    public static void read(){
    
    
        log.debug("reading...");
        try {
    
    
            Thread.sleep(3000);
        } catch (InterruptedException e) {
    
    
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

输出结果：在同一个线程中执行

在这里插入图片描述

异步执行： 采用异步的方式，不需要等到read()方法执行完成，main线程中的代码就可以继续向下运行，达到异步执行的效果

@Slf4j
public class Asyn {
    
    
    public static void main(String[] args) {
    
    
        new Thread(()->{
    
    
            read();
        },"myThread").start();

        log.debug("read finish");
    }

    /**
     * 假设这是一个读取文件的方法，需要耗时3s
     */
    public static void read(){
    
    
        log.debug("reading...");
        try {
    
    
            Thread.sleep(3000);
        } catch (InterruptedException e) {
    
    
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

执行结果：不在同一个线程中执行

在这里插入图片描述

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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