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  • 在一个进程中若干并发线程
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    2022-04-27 19:45:42

    核心数(物理概念)

    8核:有8个相对独立的CPU核心单元组,这是物理概念,也就是说1个CPU有 8个独立的小CPU,物理上只能同时处理8个任务,也就是物理上是8核8线程。

    线程数(逻辑概念)

    既然物理上是8核8线程,为什么这里有16个线程呢?
    原理是使用了超线程技术
    简单理解:这个技术可以把1个CPU当成2个CPU用,也就是把一个CPU变成了2个两个逻辑处理器,来共享处理器的物理执行单元,可以同时进行操作,这就把原来1个线程变成了2个线程,提高了CPU的使用效率。

    程序、进程、 线程

    注意:CPU内核数,和进程线程没直接关系

    程序

    为了完成任务,而用某种语言编写的一组指令的集合,
    是一段静态的代码,静态对象。

    进程

    是一个正在运行的程序。
    是一个动态的过程:有它自身的产生、存在、和消亡的过程——生命周期。
    是操作系统(OS)进行资源(CPU、内存、GPU等)分配的最小单位。
    有自己独立的地址空间,其内部的各个线程共享该地址空间。
    每个进程是由私有的虚拟地址空间、代码、数据和其它各种系统资源组成

    直观理解:打开的任何一个程序是一个进程,比如游戏,浏览器等

    线程

    是CPU调度和分配的基本单位。
    一个进程可由多个线程的执行单元组成,每个线程都运行在同一进程的上下文中,共享同样的代码和全局数据。

    直观理解:使用一个程序的某个功能是一个线程,比如新打开一个网页,使用杀毒软件清理垃圾等

    进程和线程的关系

    (1)地址空间:进程内的一个执行单元;进程至少有一个线程;它们共享进程的地址空间;而进程有自己独立的地址空间;
    (2)资源拥有:进程是资源分配和拥有的单位,同一个进程内的线程共享进程的资源
    (3)线程是处理器调度的基本单位,但进程不是.
    4)二者均可并发执行.

    并行和并发

    一: 
    并发是指一个处理器同时处理多个任务。 
    并行是指多个处理器或者是多核的处理器同时处理多个不同的任务。 
    并发是逻辑上的同时发生(simultaneous),而并行是物理上的同时发生。 
    来个比喻:并发是一个人同时吃三个馒头,而并行是三个人同时吃三个馒头。 
    二: 
    并行(parallel):指在同一时刻,有多条指令在多个处理器上同时执行。就好像两个人各拿一把铁锨在挖坑,一小时后,每人一个大坑。所以无论从微观还是从宏观来看,二者都是一起执行的。 

    并发(concurrency):指在同一时刻只能有一条指令执行,但多个进程指令被快速的轮换执行,使得在宏观上具有多个进程同时执行的效果,但在微观上并不是同时执行的,只是把时间分成若干段,使多个进程快速交替的执行。这就好像两个人用同一把铁锨,轮流挖坑,一小时后,两个人各挖一个小一点的坑,要想挖两个大一点得坑,一定会用两个小时。 

    并行在多处理器系统中存在,而并发可以在单处理器和多处理器系统中都存在,并发能够在单处理器系统中存在是因为并发是并行的假象,并行要求程序能够同时执行多个操作,而并发只是要求程序假装同时执行多个操作(每个小时间片执行一个操作,多个操作快速切换执行)。 
    三: 
    当有多个线程在操作时,如果系统只有一个CPU,则它根本不可能真正同时进行一个以上的线程,它只能把CPU运行时间划分成若干个时间段,再将时间段分配给各个线程执行,在一个时间段的线程代码运行时,其它线程处于挂起状态.这种方式我们称之为并发(Concurrent)。

    当系统有一个以上CPU时,则线程的操作有可能非并发.当一个CPU执行一个线程时,另一个CPU可以执行另一个线程,两个线程互不抢占CPU资源,可以同时进行,这种方式我们称之为并行(Parallel)。 

    参考https://blog.csdn.net/qq_41025410/article/details/124349751?spm=1001.2014.3001.5502

    参考https://blog.csdn.net/java_zero2one/article/details/51477791?utm_source=app&app_version=4.21.1

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    正好复习到多线程的部分,写一篇小文章,讲讲自己学习这些概念时候的理解。

    这种专门去看这些概念的定义,区别,可以很好的建立自己的理解。

    1.程序/进程

    首先要明白什么是程序,程序存储在某种介质上的二进制代码。这种说法略显官方,我的理解就是程序就是代码。

    什么是进程,我的理解就是进行中的程序,他占有一些资源,并且构成了线程的执行环境。

    标准的定义是

    进程是允许某个并发执行的程序在某个数据集合上的运行过程。

    进程是由正文段、用户数据段及进程控制块共同组成的执行环境。正文段存放被执行的机器指令,用户数据段存放进程在执行时直接进行操作的用户数据。进程控制块存放程序的运行环境,操作系统通过这些数据描述和管理进程。

    2.程序和进程的区别

    程序是静态的,进程是动态的,程序是存储在某种介质上的二进制代码,进程对应了程序的执行过程,系统不需要为一个不执行的程序创建进程,一旦进程被创建,就处于不断变化的动态过程中,对应了一个不断变化的上下文环境。

    程序是永久的,进程是暂时存在的。程序的永久性是相对于进程而言的,只要不去删除它,它可以永久的存储在介质当中。

    我的理解是进程对应程序的运行状态,相比于程序本身,程序的运行(进程)包括了更多的东西,比如从CPU分配的资源等等,并且的随着运行,其进程本身也会处于动态的变化之中。

    关于进程和程序的区别,《现代操作系统》中用了一个比喻形象说明:一位有一手好厨艺的计算机科学家正在为他的女儿烘制生日蛋糕。他有做生日蛋糕的食谱,厨房里有所需要的原料,在这个比喻中,做蛋糕的食谱就是程序(即用适当形式描述的算法),计算机科学家就是处理机(CPU),而做蛋糕的各种原料就是输入数据。进程就是厨师阅读食谱,取来各种原料以及烘制蛋糕等一系列动作的总和。

    3.程序和进程的联系

    程序就像是武功秘籍,进程则是施展招式。其对应关系是1程序会有多个进程,不难理解在不同的环境中,进程的变现也会动态不同。就好像九阴真经,有人练出九阴白骨爪,有人练出九阴真经。

    4.线程的概念

    线程是进程的一个执行单位,线程是进程中执行运算的最小单位,是进程中的一个实体,是被系统独立调度和分派的基本单位,线程自己不拥有系统资源,只拥有一点在运行中必不可少的资源,但它可与同属一个进程的其它线程共享进程所拥有的全部资源。一个线程可以创建和撤消另一个线程,同一进程中的多个线程之间可以并发执行。

    这句话有点抽象,意思大概就是有点类似于汽车和马路。进程相当于是马路,占据了分配交通资源。而汽车则是马路运行中最小的单位,是马路中的实体,汽车本身并不拥有马路所占有的交通资源,但是他也占有自身所占据的一小块”立足之地“。多个汽车可以并行。

    5.进程和线程之间的关系/区别

    (1)一个线程只能属于一个进程,而一个进程可以有多个线程,但至少有一个线程。

    (2)资源分配给进程,同一进程的所有线程共享该进程的所有资源。

    (3)处理机分给线程,即真正在处理机上运行的是线程。

    (4)线程在执行过程中,需要协作同步。不同进程的线程间要利用消息通信的办法实现同步。线程是指进程内的一个执行单元,也是进程内的可调度实体.

    进程与线程的区别:

    (1)调度:线程作为调度和分配的基本单位,进程作为拥有资源的基本单位

    (2)并发性:不仅进程之间可以并发执行,同一个进程的多个线程之间也可并发执行

    (3)拥有资源:进程是拥有资源的一个独立单位,线程不拥有系统资源,但可以访问隶属于进程的资源.

    (4)系统开销:在创建或撤消进程时,由于系统都要为之分配和回收资源,导致系统的开销明显大于创建或撤消线程时的开销。

    这部分总结一下,就是对应关系,1进程对应多个 线程,相当于一条马路可以有很多汽车。其次是一进程最少得有一个线程,因为线程是进程运行的最小单位。

    资源分配上,进程参与资源分配。线程不拥有资源,但是通过进程享有资源。

    6.并行和并发

    并发:在操作体统中,指一个时间段中有几个程序都处于已经启动运行和运行完毕之间,且这几个程序都是在同一个处理机上运行。

     我的理解是本身CPU并不能真正的同时处理多个任务,但是取一个人感觉不到的时间足够小的间隔t,在这个t的时间段里,分先后执行任务A,B,C。是的任务A,B,C的在这t内交替执行,因为t足够小的话,可以看起来像是一起执行一样。这就是并发。

    并行(Parallel),当系统有一个以上CPU时,当一个CPU执行一个进程时,另一个CPU可以执行另一个进程,两个进程互不抢占CPU资源,可以同时进行,这种方式我们称之为并行(Parallel)。

     系统要有多个CPU才会出现并行。在有多个CPU的情况下,才会出现真正意义上的『同时进行』。

    并发和并行的区别

    并发,指的是多个事情,在同一时间段内同时发生了。 并行,指的是多个事情,在同一时间点上同时发生了。

    并发的多个任务之间是互相抢占资源的。 并行的多个任务之间是不互相抢占资源的、

    只有在多CPU的情况中,才会发生并行。否则,看似同时发生的事情,其实都是并发执行的。

     

     文章概念部分参考来自腾讯云社区。

    操作系统:进程的概念和与程序的区别 - 云+社区 - 腾讯云

    进程与线程的联系和区别? - 云+社区 - 腾讯云

    面试必考的:并发和并行有什么区别? - 云+社区 - 腾讯云

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    每个进程都有自己独立的一块内存空间,一个进程可以有多个线程,比如Windows系统一个运行的xx.exe就是一个进程线程 进程中一个执行任务(控制单元),负责当前进程中程序的执行。一个进程至少有一个线程...

    进程和线程

    进程

    一个在内存中运行的应用程序。每个进程都有自己独立的一块内存空间,一个进程可以有多个线程,比如在Windows系统中,一个运行的xx.exe就是一个进程。

    任务管理器

    线程

    进程中的一个执行任务(控制单元),负责当前进程中程序的执行。一个进程至少有一个线程,一个进程可以运行多个线程,多个线程可共享数据。

    与进程不同的是同类的多个线程共享进程的方法区资源,但每个线程有自己的程序计数器虚拟机栈本地方法栈,所以系统在产生一个线程,或是在各个线程之间作切换工作时,负担要比进程小得多,也正因为如此,线程也被称为轻量级进程。

    Java 程序天生就是多线程程序,我们可以通过 JMX 来看一下一个普通的 Java 程序有哪些线程,代码如下。

    public class MultiThread {
    	public static void main(String[] args) {
    		// 获取 Java 线程管理 MXBean
    		ThreadMXBean threadMXBean = ManagementFactory.getThreadMXBean();
    		// 不需要获取同步的 monitor 和 synchronizer 信息,仅获取线程和线程堆栈信息
    		ThreadInfo[] threadInfos = threadMXBean.dumpAllThreads(false, false);
    		// 遍历线程信息,仅打印线程 ID 和线程名称信息
    		for (ThreadInfo threadInfo : threadInfos) {
    			System.out.println("[" + threadInfo.getThreadId() + "] " + threadInfo.getThreadName());
    		}
    	}
    }
    

    上述程序输出如下(输出内容可能不同,不用太纠结下面每个线程的作用,只用知道 main 线程执行 main 方法即可):

    [6] Monitor Ctrl-Break //监听线程转储或“线程堆栈跟踪”的线程
    [5] Attach Listener //负责接收到外部的命令,而对该命令进行执行的并且把结果返回给发送者
    [4] Signal Dispatcher // 分发处理给 JVM 信号的线程
    [3] Finalizer //在垃圾收集前,调用对象 finalize 方法的线程
    [2] Reference Handler //用于处理引用对象本身(软引用、弱引用、虚引用)的垃圾回收的线程
    [1] main //main 线程,程序入口
    

    从上面的输出内容可以看出:一个 Java 程序的运行是 main 线程和多个其他线程同时运行

    进程与线程的区别总结

    线程具有许多传统进程所具有的特征,故又称为轻型进程(Light—Weight Process)或进程元;而把传统的进程称为重型进程(Heavy—Weight Process),它相当于只有一个线程的任务。在引入了线程的操作系统中,通常一个进程都有若干个线程,至少包含一个线程。

    根本区别:进程是操作系统资源分配的基本单位,而线程是处理器任务调度和执行的基本单位

    资源开销:每个进程都有独立的代码和数据空间(程序上下文),程序之间的切换会有较大的开销;线程可以看做轻量级的进程,同一类线程共享代码和数据空间,每个线程都有自己独立的运行栈和程序计数器(PC),线程之间切换的开销小。

    包含关系:如果一个进程内有多个线程,则执行过程不是一条线的,而是多条线(线程)共同完成的;线程是进程的一部分,所以线程也被称为轻权进程或者轻量级进程。

    内存分配:同一进程的线程共享本进程的地址空间和资源,而进程之间的地址空间和资源是相互独立的

    影响关系:一个进程崩溃后,在保护模式下不会对其他进程产生影响,但是一个线程崩溃整个进程都死掉。所以多进程要比多线程健壮。

    执行过程:每个独立的进程有程序运行的入口、顺序执行序列和程序出口。但是线程不能独立执行,必须依存在应用程序中,由应用程序提供多个线程执行控制,两者均可并发执行

    从 JVM 角度说进程和线程之间的关系(重要)

    图解进程和线程的关系

    下图是 Java 内存区域,通过下图我们从 JVM 的角度来说一下线程和进程之间的关系。

    在这里插入图片描述

    从上图可以看出:一个进程中可以有多个线程,多个线程共享进程的方法区 (JDK1.8 之后的元空间)资源,但是每个线程有自己的程序计数器虚拟机栈本地方法栈

    程序计数器为什么是私有的?

    程序计数器主要有下面两个作用:

    1. 字节码解释器通过改变程序计数器来依次读取指令,从而实现代码的流程控制,如:顺序执行、选择、循环、异常处理。
    2. 在多线程的情况下,程序计数器用于记录当前线程执行的位置,从而当线程被切换回来的时候能够知道该线程上次运行到哪儿了。

    需要注意的是,如果执行的是 native 方法,那么程序计数器记录的是 undefined 地址,只有执行的是 Java 代码时程序计数器记录的才是下一条指令的地址。

    所以,程序计数器私有主要是为了线程切换后能恢复到正确的执行位置

    虚拟机栈和本地方法栈为什么是私有的?

    • 虚拟机栈:每个 Java 方法在执行的同时会创建一个栈帧用于存储局部变量表、操作数栈、常量池引用等信息。从方法调用直至执行完成的过程,就对应着一个栈帧在 Java 虚拟机栈中入栈和出栈的过程。
    • 本地方法栈:和虚拟机栈所发挥的作用非常相似,区别是: 虚拟机栈为虚拟机执行 Java 方法 (也就是字节码)服务,而本地方法栈则为虚拟机使用到的 Native 方法服务。 在 HotSpot 虚拟机中和 Java 虚拟机栈合二为一。

    所以,为了保证线程中的局部变量不被别的线程访问到,虚拟机栈和本地方法栈是线程私有的。

    一句话简单了解堆和方法区

    堆和方法区是所有线程共享的资源,其中堆是进程中最大的一块内存,主要用于存放新创建的对象 (所有对象都在这里分配内存),方法区主要用于存放已被加载的类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码等数据。

    多进程和多线程区别

    多进程:操作系统中同时运行的多个程序

    多线程:在同一个进程中同时运行的多个任务

    举个例子,多线程下载软件,可以同时运行多个线程,但是通过程序运行的结果发现,每一次结果都不一致。 因为多线程存在一个特性:随机性。造成的原因:CPU在瞬间不断切换去处理各个线程而导致的,可以理解成多个线程在抢CPU资源。

    多线程提高CPU使用率

    多线程

    多线程并不能提高运行速度,但可以提高运行效率,让CPU的使用率更高。但是如果多线程有安全问题或出现频繁的上下文切换时,运算速度可能反而更低。

    Java中的多线程

    Java程序的进程里有几个线程:主线程,垃圾回收线程(后台线程)等

    在 Java 中,当我们启动 main 函数时其实就是启动了一个 JVM 的进程,而 main 函数所在的线程就是这个进程中的一个线程,也称主线程。

    Java支持多线程,当Java程序执行main方法的时候,就是在执行一个名字叫做main的线程,可以在main方法执行时,开启多个线程A,B,C,多个线程 main,A,B,C同时执行,相互抢夺CPU,Thread类是java.lang包下的一个常用类,每一个Thread类的对象,就代表一个处于某种状态的线程

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    并发与并行

    概念:
    并发,当有多个线程在操作时,如果系统只有一个CPU,则它根本不可能真正同时进行一个以上的线程,它只能把CPU运行时间划分成若干个时间段,再将时间段分配给各个线程执行,在一个时间段的线程代码运行时,其它线程处于挂起状。这种方式我们称之为并发(Concurrent)
    并行,当系统有一个以上CPU时,则线程的操作有可能非并发。当一个CPU执行一个线程时,另一个CPU可以执行另一个线程,两个线程互不抢占CPU资源,可以同时进行,这种方式我们称之为并行(Parallel)
    并发特点:
    ①程序与计算不再一一对应,一个程序副本可以有多个计算
    ②并发程序之间有相互制约关系,直接制约体现为一个程序需要另一个程序的计算结果,间接制约体现为多个程序竞争某一资源,如处理机、缓冲区等。
    ③并发程序在执行中是走走停停,断续推进的。

    区别:
    并行是指两个或者多个事件在同一时刻发生;而并发是指两个或多个事件在同一时间间隔内发生
    在多道程序环境下,并发性是指在一段时间内宏观上有多个程序在同时运行,但在单处理机系统中,每一时刻却仅能有一道程序执行,故微观上这些程序只能是分时地交替执行
    倘若在计算机系统中有多个处理机,则这些可以并发执行的程序便可被分配到多个处理机上,实现并行执行

    同步,异步,阻塞,非阻塞

    进程与线程

    进程是资源分配的基本单位,线程是调度的基本单位
    1、进程是程序执行的最小单元(需要资源的分配)、线程是程序运行和调度的最小单元
    2、程序必须要有一个进程才能执行,单独的线程执行不了(没有在内存中的地址)
    主线程main就是一个进程
    3、先有的进程管理,后面为了快速的程序复制执行,减少进程调度的时间,演化了线程
    4、进程的个体间是完全独立的,而线程间是彼此依存的。多进程环境中,任何一个进程的终止,不会影响到其他进程。而多线程环境中,父线程终止,全部子线程被迫终止(没有了资源)。而任何一个子线程终止一般不会影响其他线程,除非子线程执行了exit()系统调用。任何一个子线程执行exit(),全部线程同时灭亡
    5、Linux内核2.4版以前,线程的实现和管理方式就是完全按照进程方式实现的。在2.6版内核以后才有了单独的线程实现
    6、线程是并发还是并行,进程是并行还是并发(并发和并行的区分)
    (线程也可以是并行,主要看系统的调度系统和硬件的CPU核心数)
    (多程序段在同一处理器核心的计算下,只能分出不同的时间段来分别执行——并发)推荐博文2
    7、进程池与线程池的技术实现差别,在系统初始化中预设了很多空的进程,在程序执行过程中直接使用和销毁,因为构建初始化一个进程包括资源分配和系统的配置需要花费不少的时间推荐博文1

    单核架构中表现为“伪并行”,即让线程以极短的时间间隔交替执行,从人的感觉上看它们就像在同时执行一样。但由于仅有一个运算单元,当线程皆执行计算密集型任务时,多线程可能会出现 1 + 1 < 2 的反效果
    线程并不能增快程序的运行计算速度,利用空间资源的充分合理运用,达到同步执行,缩短整体的执行时间
    多核架构上实现“真正的并行”,对于计算密集型任务,巧妙地使用多线程或多进程将其分配至多个 CPU 上,通常可以成倍地缩短运算时间
    进程与线程的比较:
    1)二者的相同点
    实现程序的并发
    2)实现方式的差异
    fork and clone
    3)多任务程序设计模式的区别
    fork and accept 的先后問題
    4)实体间(线程间,进线程间)通信方式的不同

    5)控制方式的异同
    进程与线程的身份标示ID管理方式不一样,內核態的線程,存在用戶級多對一的情況
    6)资源管理方式的异同
    共享內存和全局变量,申請的堆空間內存共享
    7)个体间辈分关系的迥异

    8).进程池与线程池的技术实现差别

    进程的状态:
    新建:新建表示进程正在被创建
    运行:运行是进程正在运行
    阻塞:阻塞是进程正在等待某一个事件发生
    就绪:就绪是表示系统正在等待CPU来执行命令
    完成:完成表示进程已经结束了系统正在回收资源

    Linux上进程有5种状态,这5中状态可以与一般操作系统的状态对应起来:
    R运行状态,S睡眠状态,D磁盘休眠状态,T停止状态,X死亡状态,Z僵死狀態
    运行:正在运行或在运行队列中等待
    中断:休眠中, 受阻, 在等待某个条件的形成或接受到信号
    不可中断:收到信号不唤醒和不可运行, 进程必须等待直到有中断发生
    僵死:进程已终止, 但进程描述符存在, 直到父进程调用wait()系统调用后释放
    停止:进程收到SIGSTOP, SIGSTP, SIGTIN, SIGTOU信号后停止运行运行

    僵尸进程是子进程退出后资源没有释放,操作系统通知父进程,但是父进程此时正在处理其他事情,没有关注子进程的退出通知,系统为了保护资源,没有释放掉,并且在子进程的PCB中也保留了退出原因,此时既没有运行也没有完全退出,处于了僵死状态,子程序退出后会发送给操作系统一个信号,在信号处理的服务中调用该wait函数即可
    孤儿进程是父进程先于子进程先退出,子进程成为了后台程序,由一号进程接管
    **解決方法:**子进程程序运行结束后,通过 exit() 系统调用退出运行,这个函数会杀死进程,并且将其占用的资源释放,通知其父进程“死亡信息”。父进程则可以通过 wait() 函数族接收子进程的“死亡信息”

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    千次阅读 2022-03-05 19:23:07
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    千次阅读 2020-10-12 11:34:51
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空空如也

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在一个进程中若干并发线程