線程與進程的區別以及對多線程併發的理解

一、線程與進程的區別

先簡單說說線程與進程的概念:
 (1)進程是指一個內存中運行的應用程序,比如在Windows系統中,一個運行的exe就是一個進程。
 (2)線程是指進程中的一個執行流程。
區別:
一個程序至少有一個進程,而一個進程至少有一個線程。一個應用程序可以同時啓動多個進程。例如對於IE瀏覽器程序,每打開一個IE瀏覽器窗口,就啓動了一個新的進程。而線程則是指進程中的一個執行流程,一個進程可以有多個線程,每個線程分別執行不同的任務,當進程內的多個線程同時運行時,這種運行方式就被稱爲併發運行。
另外,線程與進程還有一個非常重要的區別:每個進程在執行過程中都擁有獨立的內存單元,而同一個進程中的多個線程則共享內存,從而極大地提高了程序的運行效率。

二、對多線程併發的理解
多線程併發只是表面和感覺上的併發,並不是實質上的併發。一個線程要運行,它必須佔有CPU,而我們目前用的計算機大多都是單CPU的,所以一次最多只能有一個線程獲取CPU並運行。
多線程的實質是“最大限度地利用CPU資源”,當某一個線程的處理不需要佔用CPU而只需要和I/O等資源打交道時,讓其他線程有機會獲得CPU資源。這有點類似於“統籌方法”,例如讓你打掃房子和燒水,要在最短的時間內做好這兩件事,你一定會想到先把水燒上,然後在等水燒開的空閒時間中去打掃房子,而不是先打掃好了再去燒水,也不是先燒好了再去打掃,這個例子裏面,你是那個唯一的CPU,而燒水和打掃就是兩個線程。
雖然CPU只有一個,但是它在多個線程之間頻繁切換,當切換的頻率高到一定程度時,我們就感覺所有的線程在同時運行,於是感覺這多個線程是併發的。因此,併發並不是真的指多個線程同時運行,它僅僅只是形容一種現象。就好像說有些人是“鐵人”一樣,僅僅只是用於形容某個人不怕苦不怕累,像個“鐵人”。


1. 併發:在操作系統中,是指一個時間段中有幾個程序都處於已啓動運行到運行完畢之間,且這幾個程序都是在同一個處理機上運行。其中兩種併發關係分別是同步和互斥
2. 互斥:進程間相互排斥的使用臨界資源的現象,就叫互斥。
3. 同步:進程之間的關係不是相互排斥臨界資源的關係,而是相互依賴的關係。進一步的說明:就是前一個進程的輸出作爲後一個進程的輸入,當第一個進程沒有輸出時第二個進程必須等待。具有同步關係的一組併發進程相互發送的信息稱爲消息或事件。
其中併發又有僞併發和真併發,僞併發是指單核處理器的併發,真併發是指多核處理器的併發。

4. 並行:在單處理器中多道程序設計系統中,進程被交替執行,表現出一種併發的外部特種;在多處理器系統中,進程不僅可以交替執行,而且可以重疊執行。在多處理器上的程序纔可實現並行處理。從而可知,並行是針對多處理器而言的。並行是同時發生的多個併發事件,具有併發的含義,但併發不一定並行,也亦是說併發事件之間不一定要同一時刻發生。

5. 多線程:多線程是程序設計的邏輯層概念,它是進程中併發運行的一段代碼。多線程可以實現線程間的切換執行。

6. 異步:異步和同步是相對的,同步就是順序執行,執行完一個再執行下一個,需要等待、協調運行。異步就是彼此獨立,在等待某事件的過程中繼續做自己的事,不需要等待這一事件完成後再工作。線程就是實現異步的一個方式。異步是讓調用方法的主線程不需要同步等待另一線程的完成,從而可以讓主線程幹其它的事情。
   異步和多線程並不是一個同等關係,異步是最終目的,多線程只是我們實現異步的一種手段。異步是當一個調用請求發送給被調用者,而調用者不用等待其結果的返回而可以做其它的事情。實現異步可以採用多線程技術或則交給另外的進程來處理。


爲了對以上概念的更好理解舉一個簡單例子,  假設我要做 燒開水,舉槓鈴100下, 洗衣服 3件事情。

燒開水 這件事情,  我要做的事情爲, 準備燒開水 1分鐘, 等開水燒開 8 分鐘 , 關掉燒水機 1分鐘
舉槓鈴100下        我要做的事情爲,  舉槓鈴100下  10分鐘
洗衣服            我要做的事情爲, 準備洗衣服 1分鐘, 等開水燒開 5 分鐘 , 關掉洗衣機 1分鐘

單核情況下
同步的完成,我需要做的時間爲 1+ 8 +1 + 10 + 1+ 5 +1 = 27 分

如果異步,就是在等的時候,我可以切換去做別的事情

準備燒開水(1) + 準備洗衣服(1) + 舉50下槓鈴 (5)分鐘+ 關洗衣機 1分鐘 + 舉槓鈴20下 (2)分鐘+ 關燒水機 1分鐘 + 舉30下槓鈴(3)分鐘
1+1+5+1+2+1+3 =14 分鐘


雙核 異步 並行

核1  準備燒開水 1分鐘+ 舉槓鈴50下(5)分鐘+ 等待3分鐘 + 關掉燒水機 1分鐘

核2  準備洗衣服 1分鐘+ 舉槓鈴50下(5)分鐘+ 關掉洗衣機 1分鐘 + 等待3分鐘

其實只花了 1+5+3+1 = 10分鐘

其中還有雙核都等待了3分鐘

雙核 異步 非並行

核1  舉槓鈴100下(10)分鐘

核2  準備燒開水 1分鐘+ 準備洗衣服 1分鐘+ 等待5 分鐘+ + 關掉洗衣機燒水機 1分鐘  + 等待 1 分鐘 + 關掉燒水機  1分鐘

其實只花了 1+1+5+1+1+1 = 10分鐘

多線程的做法
單核下

線程1  準備燒開水 1分鐘, 等開水燒開 8 分鐘 , 關掉燒水機 1分鐘
線程2  舉槓鈴100下  10分鐘
線程3  準備洗衣服 1分鐘, 等開水燒開 5 分鐘 , 關掉洗衣機 1分鐘

cpu 可能這麼切換 最理想的切換方式

線程1  準備燒開水1  sleep  1          sleep 5            sleep 1          sleep 2          關開水 1分鐘 exit
線程2    sleep 1      sleep  1            舉槓鈴50 5分鐘    sleep 1          舉槓鈴20 2分鐘  sleep1      舉槓鈴30下 3分鐘      
線程3    sleep  1      準備洗衣服1 分鐘    sleep 5            關洗衣機1分鐘    exit

最後使用了  14分鐘  和異步是一樣的。
但是實際上是不一樣的,因爲線程不會按照我們設想的去跑, 如果線程2 舉槓鈴先跑,整個流程的速度就下來了。

異步和同步的區別,  在io等待的時候,同步不會切走,浪費了時間。

如果都是獨佔cpu 的業務, 比如舉槓鈴的業務, 在單核情況下 多線和單線 沒有區別。

多線程的好處,比較容易的實現了 異步切換的思想, 因爲異步的程序很難寫的。多線程本身程還是以同步完成,但是應該說
比效率是比不上異步的。 而且多線很容易寫, 相對效率也高。

多核的好處,就是可以同時做事情, 這個和單核完全不一樣的。



轉自:http://blog.csdn.net/z69183787/article/details/52910299

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