线程与进程基础

前言

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在学习juc前，需要先对进程和线程之间整体有一个认知。我们之前或多或少接触过，一些特别高大上的概念，比如多线程，高并发 之类的。该文就是先对这些概念整体理清，为后续学习扫清障碍。

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一、 线程与进程

1.1 什么是线程与进程？

进程：

• 进程是用来存放数据与指令等运行程序的组成部分，然后指令运行的时候还需用到磁盘、IO设备，网络等，其中进程就是用来加载指令，管理内存·，管理IO的。

• 程序运行的时候，从磁盘 -> 内存就代表一个进程开启了

• 进程可以看作一个程序的示例，比如我们打开任务管理器：

这表明，对于应用来说，可以运行一个或者多个进程。

线程：

• 一个进程包括多个线程
• 一个线程就是一个指令流，将指令流的一条条指令以一定顺序交给CPU执行
• Java中，线程是最小的调度单位，进程作为资源分配的最小单位。windows中，进程不活动，只是作为线程的容器。

二者对比 :

• 进程拥有共享的资源，比如内存空间的，供子集线程共享
• 进程间的通信较为复杂
  • 同一台计算机的进程通信称为IPC，比如套接字、消息队列等。
  • 不同计算机的通信要通过网路，并遵守共同的协议，比如http等。
• 线程通信比较简单，因为它们可以共享进程内的内存，一个例子是多个线程访问一个共享变量。
• 线程更轻量级，上下文切换成本较低。

1.2 并发与并行

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• 并发：两个及两个以上的任务在同一时间段执行
• 并行：两个及两个以上的任务在同一时刻执行

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并发 ：

​ 在单核cpu中，线程实际是串行执行的。操作系统中的组件，叫做任务调度器，将cpu的时间片（windows下接近15ms）分给不同的线程使用，只是由于cpu在线程间的切换非常快，导致体感上是同时运行的。

​ 总结一句话：微观串行，宏观并行，但是，实际上还是串行。

并行：

​ 在多核cpu中，每个核心可以处理一个线程，这样就可以真正意义上实现并行，即同一时刻，同时运行多个线程。

如图：

1.3 同步调用与异步调用

注意 ：
代码中的Constants.MP4_FULL_PATH就理解为一个文件即可。

该代码作用就是花时间读取一个文件。

• 同步调用：

• 异步调用

从运行结果，可以看出来，异步调用是通过一个Thread-0的线程执行的。

从上面的运行结果可以得到两者的含义。

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​ 同步调用：发出一个调用之后，结果没有返回的话，该调用就不可以返回，一直等待。

​ 异步调用：调用在发出后，不用等待返回结果，调用直接返回。

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其实简单来说：
异步调用就是在main线程里面新开一个线程，并且新开的线程执行与否对于主线程接下来往下执行没有影响。
同步调用就是一直只执行当前线程呗，不开其它的线程。

根据这个，我们就可以引出下面的多线程：

• 多线程的作用：

​ 多线程可以让方法执行变成异步的（即不要干等着）。比如读取磁盘文件时，需要5秒，那如果我们不使用多线程，这5秒什么都做不了只能干等着。

1.4 为什么要使用多线程？

• 在单核时代，使用多线程可以提高cpu和io系统的运行效率，如果只运行了一个java进程的情况下，当线程进行读取io的操作，此时线程被阻塞。如果没有多线程，那么此时整个进程都被阻塞， 无法使用cpu,系统整体效率只有50%。但是如果使用多线程的话，一个线程阻塞，其它线程还可以继续访问，大大提高系统运行效率。但是需要理解的是，单核中，多线程并不起到减少时间的作用。（单核只作了解）

• 在多核时代。多线程主要是为了提高进程利用多核cpu的能力。

eg : 处理一个复杂的任务，如果只有一个线程，那么只有一个核心被利用到。失去了多核的作用，但是多个线程就可以同时使用多个核心同时处理任务，提高了解决任务的效率，时间约等于（单核时执行的时间 / cpu核心数）。

实例：

@Benchmark
public int c() throws Exception {int[] array = ARRAY;FutureTask<Integer> t1 = new FutureTask<>(()->{int sum = 0;for(int i = 0; i < 250_000_00;i++) {sum += array[0+i];}return sum;});FutureTask<Integer> t2 = new FutureTask<>(()->{int sum = 0;for(int i = 0; i < 250_000_00;i++) {sum += array[250_000_00+i];}return sum;});FutureTask<Integer> t3 = new FutureTask<>(()->{int sum = 0;for(int i = 0; i < 250_000_00;i++) {sum += array[500_000_00+i];}return sum;});FutureTask<Integer> t4 = new FutureTask<>(()->{int sum = 0;for(int i = 0; i < 250_000_00;i++) {sum += array[750_000_00+i];}return sum;});new Thread(t1).start();new Thread(t2).start();new Thread(t3).start();new Thread(t4).start();return t1.get() + t2.get() + t3.get()+ t4.get();
}
@Benchmark
public int d() throws Exception {int[] array = ARRAY;FutureTask<Integer> t1 = new FutureTask<>(()->{int sum = 0;for(int i = 0; i < 1000_000_00;i++) {sum += array[0+i];}return sum;});new Thread(t1).start();return t1.get();
}

运行结果：

上述代码含义就是 ：

4个线程（t1、t2、t3、t4），每个线程调用方法执行2500万次，打印信息中是c开头的。
d开头方法是一个方法调用1亿次。

c为异步调用，d为同步调用，从结果来看，c方法的效率显著高于d方法（Score越小，效率越高）。

但是如果是在单核cpu中的话，不会出现性能的提升，因为单核的本质上还是串行，并不会产生并行的效果。