Java并发编程学习笔记1——进程与线程
目录
1、进程与线程
进程:
- 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。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,这时就开启了一个线程;
- 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(如网易云音乐、360安全卫士等)。
线程:
- 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。
二者对比:
- 进程基本上是相互独立的,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:① 同一台计算机的进程通信称为IPC(Inter-process communication);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,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要比进程上下文切换低。
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下时间片最小为5毫秒)分给不同的线程使用,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。
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。
3、应用
3.1、应用1——异步调用
从方法调用的角度来讲,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。
注意:同步在多线程中还有另外一个意思,就是让多个线程步调一致。
3.1.1、设计
多线程可以让方法执行变为异步的(即不要干巴巴等着)。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,这5秒调用者什么都做不了,其代码都得暂停。
3.1.2、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。
3.2、应用2——提高效率
充分利用多核CPU的优势,提高运行效率。
想象下面的场景,执行3个计算,最后将计算结果汇总:
计算1花费10ms
计算2花费11ms
计算3花费9ms
汇总需要1ms
如果是串行执行,那么总共花费的时间是10+11+9+1=31ms
如果是是四核CPU,花费时间只取决于最长的那个线程运行的时间,即11ms,最后加上汇总时间,一共12ms
注意:需要在多核CPU才能提高效率,单核仍然是轮流执行。
3.2.1、结论
单核CPU下,多线程不能实际提高程序运行的效率,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可以并行执行多个线程,但能否提高程序运行效率还是要分情况的:① 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;② 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占用CPU,但需要一致等待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。