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对线程与进程的区别以及对多线程并发的理解

2023-05-16

一、线程与进程的区别

先简单说说线程与进程的概念：

（1）进程是指一个内存中运行的应用程序，比如在Windows系统中，一个运行的exe就是一个进程。

（2）线程是指进程中的一个执行流程。

区别：

一个程序至少有一个进程，而一个进程至少有一个线程。一个应用程序可以同时启动多个进程。例如对于IE浏览器程序，每打开一个IE浏览器窗口，就启动了一个新的进程。而线程则是指进程中的一个执行流程，一个进程可以有多个线程，每个线程分别执行不同的任务，当进程内的多个线程同时运行时，这种运行方式就被称为并发运行。

另外，线程与进程还有一个非常重要的区别：每个进程在执行过程中都拥有独立的内存单元，而同一个进程中的多个线程则共享内存，从而极大地提高了程序的运行效率。

二、对多线程并发的理解

多线程并发只是表面和感觉上的并发，并不是实质上的并发。一个线程要运行，它必须占有CPU，而我们目前用的计算机大多都是单CPU的，所以一次最多只能有一个线程获取CPU并运行。

多线程的实质是“最大限度地利用CPU资源”，当某一个线程的处理不需要占用CPU而只需要和I/O等资源打交道时，让其他线程有机会获得CPU资源。这有点类似于“统筹方法”，例如让你打扫房子和烧水，要在最短的时间内做好这两件事，你一定会想到先把水烧上，然后在等水烧开的空闲时间中去打扫房子，而不是先打扫好了再去烧水，也不是先烧好了再去打扫，这个例子里面，你是那个唯一的CPU，而烧水和打扫就是两个线程。

虽然CPU只有一个，但是它在多个线程之间频繁切换，当切换的频率高到一定程度时，我们就感觉所有的线程在同时运行，于是感觉这多个线程是并发的。因此，并发并不是真的指多个线程同时运行，它仅仅只是形容一种现象。就好像说有些人是“铁人”一样，仅仅只是用于形容某个人不怕苦不怕累，像个“铁人”。

1. 并发：在操作系统中，是指一个时间段中有几个程序都处于已启动运行到运行完毕之间，且这几个程序都是在同一个处理机上运行。其中两种并发关系分别是同步和互斥

2. 互斥：进程间相互排斥的使用临界资源的现象，就叫互斥。

3. 同步：进程之间的关系不是相互排斥临界资源的关系，而是相互依赖的关系。进一步的说明：就是前一个进程的输出作为后一个进程的输入，当第一个进程没有输出时第二个进程必须等待。具有同步关系的一组并发进程相互发送的信息称为消息或事件。

其中并发又有伪并发和真并发，伪并发是指单核处理器的并发，真并发是指多核处理器的并发。

4. 并行：在单处理器中多道程序设计系统中，进程被交替执行，表现出一种并发的外部特种；在多处理器系统中，进程不仅可以交替执行，而且可以重叠执行。在多处理器上的程序才可实现并行处理。从而可知，并行是针对多处理器而言的。并行是同时发生的多个并发事件，具有并发的含义，但并发不一定并行，也亦是说并发事件之间不一定要同一时刻发生。

5. 多线程：多线程是程序设计的逻辑层概念，它是进程中并发运行的一段代码。多线程可以实现线程间的切换执行。

6. 异步：异步和同步是相对的，同步就是顺序执行，执行完一个再执行下一个，需要等待、协调运行。异步就是彼此独立,在等待某事件的过程中继续做自己的事，不需要等待这一事件完成后再工作。线程就是实现异步的一个方式。异步是让调用方法的主线程不需要同步等待另一线程的完成，从而可以让主线程干其它的事情。

异步和多线程并不是一个同等关系,异步是最终目的,多线程只是我们实现异步的一种手段。异步是当一个调用请求发送给被调用者,而调用者不用等待其结果的返回而可以做其它的事情。实现异步可以采用多线程技术或则交给另外的进程来处理。

为了对以上概念的更好理解举一个简单例子， 假设我要做 烧开水，举杠铃100下， 洗衣服 3件事情。

烧开水 这件事情， 我要做的事情为， 准备烧开水 1分钟， 等开水烧开 8 分钟 , 关掉烧水机 1分钟

举杠铃100下 我要做的事情为, 举杠铃100下 10分钟

洗衣服 我要做的事情为， 准备洗衣服 1分钟， 等开水烧开 5 分钟 , 关掉洗衣机 1分钟

单核情况下

同步的完成，我需要做的时间为 1+ 8 +1 + 10 + 1+ 5 +1 = 27 分

如果异步，就是在等的时候，我可以切换去做别的事情

准备烧开水(1) + 准备洗衣服(1) + 举50下杠铃 (5)分钟+ 关洗衣机 1分钟 + 举杠铃20下 (2)分钟+ 关烧水机 1分钟 + 举30下杠铃(3)分钟

1+1+5+1+2+1+3 =14 分钟

双核 异步 并行

核1 准备烧开水 1分钟+ 举杠铃50下(5)分钟+ 等待3分钟 + 关掉烧水机 1分钟

核2 准备洗衣服 1分钟+ 举杠铃50下(5)分钟+ 关掉洗衣机 1分钟 + 等待3分钟

其实只花了 1+5+3+1 = 10分钟

其中还有双核都等待了3分钟

双核 异步 非并行

核1 举杠铃100下(10)分钟

核2 准备烧开水 1分钟+ 准备洗衣服 1分钟+ 等待5 分钟+ + 关掉烧水机 1分钟 + 等待 1 分钟 + 关掉洗衣机 1分钟

其实只花了 1+5+3+1 = 10分钟

多线程的做法

单核下

线程1 准备烧开水 1分钟， 等开水烧开 8 分钟 , 关掉烧水机 1分钟

线程2 举杠铃100下 10分钟

线程3 准备洗衣服 1分钟， 等开水烧开 5 分钟 , 关掉洗衣机 1分钟

cpu 可能这么切换 最理想的切换方式

线程1 准备烧开水1 sleep 1 sleep 5 sleep 1 sleep 2 关开水 1分钟 exit

线程2 sleep 1 sleep 1 举杠铃50 5分钟 sleep 1 举杠铃20 2分钟 sleep1 举杠铃30下 3分钟

线程3 sleep 1 准备洗衣服1 分钟 sleep 5 关洗衣机1分钟 exit

最后使用了 14分钟 和异步是一样的。

但是实际上是不一样的，因为线程不会按照我们设想的去跑， 如果线程2 举杠铃先跑，整个流程的速度就下来了。

异步和同步的区别， 在io等待的时候，同步不会切走，浪费了时间。

如果都是独占cpu 的业务， 比如举杠铃的业务， 在单核情况下 多线和单线 没有区别。

多线程的好处，比较容易的实现了 异步切换的思想， 因为异步的程序很难写的。多线程本身程还是以同步完成，但是应该说

比效率是比不上异步的。 而且多线很容易写， 相对效率也高。

多核的好处，就是可以同时做事情， 这个和单核完全不一样的。

技术图片

 

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