进程与线程的概念

进程

进程是资源分配的最小单位。例如，用户运行自己的程序，系统就创建一个进程，并为它分配资源，包括各种表格、内存空间、磁盘空间、I/O设备等。然后，把该进程放入进程的就绪队列。进程调度程序选中它，为它分配CPU以及其它有关资源，该进程才真正运行。所以，进程是系统中的并发执行的单位。在Mac、Windows NT等采用微内核结构的操作系统中，它是资源分配的单位，但不是是调度运行的单位。在微内核系统中，真正调度运行的基本单位是线程。因此，实现并发功能的单位是线程。

  • 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，而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

    线程是CPU调度执行的最小单位。一个进程可以包含多个线程，在大部分系统中，进程是不活动的，只是作为线程的容器。一个线程其实就是一个指令流，将指令流的一条条指令按照一定的顺序交给 CPU 执行，所以才称线程为 CPU 调度的最小单位。

  • 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

    线程和进程的对比

    二者的关系

  • 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;进程是资源分配的最小单位，线程是操作系统可识别的最小执行和调度单位

  • 资源分配给进程，同一进程的所有线程共享该进程的所有资源。 同一进程中的多个线程共享代码段(代码和常量)、数据段(全局变量和静态变量)、扩展段(堆存储)。但是每个线程拥有自己的栈段，栈段又叫运行时段，用来存放所有局部变量和临时变量
  • CPU的时间片是分给线程而不是分给进程，即真正在处理机上运行的是线程

  • 线程在执行过程中，需要协作同步，不同进程的线程间要利用消息通信的办法实现同步

    二者的差别

  • 进程间通信较为复杂，同一台计算机的进程通信称为 IPC，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，如：HTTP 协议；而线程通信相对简单，因为它们共享进程内的内存，比如：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的切换成本低

线程与进程 - 图1

并发与并行的概念

并发

并发其实就是多个线程在一个 CPU 核心上面进行轮流切换的串行执行。操作系统中有个组件叫做任务调度器，它的工作是把 CPU 的的时间片（windows下时间片最小约为 15 毫秒 ）分给不同的指令流（即线程）。只是 CPU 在线程间进行切换的速度非常快，所以宏观上感受是多个线程在同时执行，但其实并没有真正的同时执行，还是在串行执行。像这种轮流使用同一个 CPU 核心的执行方式就叫做并发。
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并行

而并行则不同与并发，并发则是多个线程在多个 CPU 核心中同时执行。因此，并发成立的前提条件一定是多个 CPU 核心。在并行中，多个线程可以同时被多个 CPU 核心执行，因此并行才是真正的多个线程同时执行。
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注意：

  1. 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
  2. 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【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
  3. . 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。