并发(一)--并发和线程

进程

       1、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,数据预先加载至内存供CPU去执行。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
       2、在windows下程序的外在形式就是exe文件。当一个程序被运行,从磁盘加载这个程序的代码至内存[程序相关的指令、数据加载至内存],这时就开启了一个进程。
       3、进程 (动态的) 就可以视为程序 (静态的) 的一个实例。大部分程序可以同时运行多个实例进程(列如记事本、画图、游览器等), 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)。由程序自身来控制,是只能启动一个还是多个。 【 程序:磁盘静态存储的程序 进程:活动的,已经加载至内存被CPU的执行】

线程

      1、一个进程之内可以分为一到多个线程 (进程是由多个线程组成的)
      2、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。线程由一系列的指令所组成的,当线程中所有的指令被执行完了,这个线程就结束了。默认是顺序执行,如果有条件判断、循环等就会按照条件判断、循环的逻辑来执行这些指令。最终执行指令的还是线程
       3、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.[最小调度单位:即CPU去找指令,还是从线程中找指令。]

对比

      1、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
      2、进程拥有共享的资源,如内存空间等(内存:进程分配和管理的),供其内部的线程共享,存储数据
      3、进程间通信较为复杂:
            1)、同一台计算机的进程通信称为IPC
            2)、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
      4、线程通信相对简单,因为它们共享进程内的内存,列子:多个可以访问同一个共享变量
      5、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-比较耗时-低
      上下文切换:每一台电脑内存容量都是有限,一个任务不运行的时候,若其他任务要运行,但是因为内存不够了。于是一些暂时不用的代码,就会先暂停,先临时存储起来,切换到其他程序其他进程来运行。

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的时间片分给不同的线程使用, 只是由于cpu在线时间(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
      将线程轮流使用cpu的做法称为并发:concurrent
? 并发(concurrent):同一时间应对(dealing with)多件事情的能力
在这里插入图片描述

并行

      多核cpu下,每个核都可以调度运行线程,这时候线程可以是并行的。真正意义上的,同一时间内做多件事情。
?并行(parallel):同一时间动手做(doing)多件事情的能力
一般来说:并发和并行一起进行使用,在程序中会比较常见
在这里插入图片描述

应用

从方法调用的角度来讲:
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

注意:同步在多线程中还有另外一意思,是让多个线程步调一致

设计

      长时间的方法调用操作用异步好;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即不用异步,这5秒调用者什么都做不了,其代码都得暂停

结论

       1、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
      2、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
      3、ui 程序中,开线程进行其他操作,避免阻塞 ui 线程

总结

       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
              1)、必须能把任务拆分成并行执行的各个单元,才能提升效率
              2)、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
              3)、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。比如就需要操作1执行完成之后,获取的数据给操作2才行。这个时候就不可以进行拆分了。
       3、IO 操作不占用 cpu[磁盘文件的读写,网络socket的读写不占用cpu的],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,线程才能恢复运行。线程把时间片让给其他线程,自己去别处歇着了,但没能充分利用线程。


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