JUC高并发-进程与线程

news2024/11/17 11:52:35

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ctrl+shift+F10:启动程序

2.进程与线程

2.1 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

当一个程序被运行时,从磁盘加载这个程序的代码至内存,这时就开启了一个进程

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(例如网易云音乐、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

进程间的通信较为复杂:同一台计算机的进程通信叫做IPC;、

不同计算机之间的进程通信,需要通过网络,并且遵守共同的协议: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: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上要比进程上下文切换低

2.2 并行与并发

单核CPU下,线程实际上还是串行执行的,但是操作系统中有一个组件叫做任务调度器,将CPU的时间片(wiindows下最小的时间片为15ms)分给不同的程序使用,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的做法称之为:并发(concurrent)。

 

 

多核 cpu下,每个 核(core) 都可以调度运行线程,这时候线程可以是并行的。

 

 

对比:

并发是同一时间应对多件事情的能力。(并没有在同一时间做了很多事情,只是调度快的令人感知不到)

并行是同一时间动手做多件事情的能力。(在同一时间完成了很多事情,这些事情一块被执行工作)

例子

家庭主妇做饭、打扫卫生、给孩子喂奶,她一个人轮流交替做这多件事,这时就是并发

家庭主妇雇了个保姆,她们一起这些事,这时既有并发,也有并行(这时会产生竞争,例如锅只有一口,一 个人用锅时,另一个人就得等待)

雇了3个保姆,一个专做饭、一个专打扫卫生、一个专喂奶,互不干扰,这时是并行

2.3 应用

以调用方的角度来讲,如果:

需要等待结果返回,才能继续运行的就是同步

不需要等待结果返回,就能继续运行的就是异步

设计

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,这 5 秒 cpu 什么都做不了,其它代码都得暂停...

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,这时就新开一个新线程处理视频转换,避免阻塞线程

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

ui 程序中,开线程进行其他操作,避免阻塞 ui 线程

案例

 如果是串行执行,那么总共花费的时间是 10 + 11 + 9 + 1 = 31ms

但如果是四核 cpu,各个核心分别使用线程 1 执行计算 1,线程 2 执行计算 2,线程 3 执行计算 3,那么 3 个 线程是并行的,花费时间只取决于最长的那个线程运行的时间,即 11ms 最后加上汇总时间只会花费 12ms

注意:多核CPU才可以进行提高效率,可以并发执行,单核CPU依然是轮流执行,频繁切换执行。

结论

  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

  1. 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 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(参考后文的【阿姆达尔定律】) 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

  2. 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用 cpu,但需要一 直等待 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

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