承接上文CPU原理简介

程序的执行是由控制器发信号推动整个程序一步一步向前走，将数据存储在寄存器，从程序计数器中获取指令，比如先把3放到寄存器，再把5放到寄存器，再做一个加法，加法就是一个指令，从二进制的角度它也是01构成。

QQ.exe从硬盘读到内存里，内存里面装的全是二进制01，一个程序放到内存里面完全是由二进制01构成。

如何区分二进制01是指令还是数据？

二进制01可以把它看成一个指令，比如add指令，也可以看作是数据，比如5，如何区分这个二进制是指令还是数据？这是由IO Bridge（总线）来控制的，总线是从内存到CPU之间的一条数据线路。

总线分3种类型：控制线、地址线、数据线；从地址线读过来的就是地址，从控制线读过来的就是指令，从数据线读过来的就是数据。

地址线是由cpu中专门的地址寄存器来控制的，通过地址线去寻找地址，比如读到的是0101地址就去读取0101地址区域内存储的数字， 这个数字只要通过控制线过来的，就是指令加法，如果是数据线过来的就是数据5。

各干各自的事情，就看从哪里读过来的。

地址线是一个寻址的线，QQ.exe这个程序放到内存之后，它一定会放到内存的某个地址上，比如这个地址是3号地址，在3号地址的起始位置是main方法，在起步的位置一定会放一条指令，操作系统会通知cpu，你去读3号地址，先把指令读过来，读过来指令如果是add，它就会通知地址线，再把后面的2个数字都读过来，读到寄存器，然后计算单元开始做add计算，计算完了之后，存到某个寄存器，然后再写回内存。

QQ.exe双击之后放到内存里，一定会放到内存的某个地址上，比如内存地址从1号到1万号这么多的地址，比如把QQ.exe放3号地址，整个程序占用从3号到2000号地址区间，最开始的号一定是main方法所占的，最开始读的时候从3号地址开始读，操作系统通知cpu，我现在要运行一个程序，这个程序从3号到2000号，你现在帮我运行它，从3号地址开始读一条指令过来，所以通过控制总线读过来一条指令，这条指令是add，add指令的执行是需要数据的，需要2个数字相加，接下来操作系统会告诉你去哪个位置，比如去4号位置、5号位置去把那2个数字读过来，放到寄存器。将数据放到寄存器之后，运算单元去运算，运算完了之后，把结果放到某个寄存器，再把它写回到内存中的某个位置去，每个程序都有自己的地址空间，从虚拟内存到真正放到物理内存的时候需要做一个地址的映射。

一个程序的执行，首先把可执行文件放到内存，找到起始位置即main开始的地址，进行读取指令和数据，进行计算并写回内存。

什么是线程？什么是进程？

最开始的进程只能执行一个程序 ，必须等我把这个程序执行完，其他程序才可以执行。最开始的计算机只有一个cpu、一个计算单元，让它做程序的计算。先把自己的程序写到闪存卡上，插上去，按下按钮，计算机开始执行，计算机执行这个程序的时候，决对不会执行另外一个闪存卡，这个时候是单任务的。

执行3+5这段代码叫一个任务，这个任务放到计算机执行，只要它放到内存里面就称之为一个进程，只要有一个程序进入内存就可以称为一个进程；进程的概念反映到内存里，一个程序进入内存被称之为进程。

一个程序可以跑多个进程吗？

一个QQ.exe是可以运行多份的，一个程序本身是可以有多个进程的。

内存中的2个进程对应的程序是一个，随着程序的越来越复杂，人们发现不可能同时只一个进程。

2张闪存卡，就会有2个进程，但只有一个计算单元怎么能同时计算2个程序？

分时间计算即时间分片，同一个进程里面也可能要求2个不同的任务同时执行，比如一个带图形的界面，输入数字，服务端做计算，也要响应用户的输入，也可能正在接受网络传输的数据，即有多个任务在同时进行。

同一个进程内部有多个任务并发执行的需求，比如一边计算、一边接受网络数据、一边刷新界面，需要设计一种机制同时并发的运行，能不能把原来的一个进程分成3个进程？其实没有必要引入线程的概念，完全用多进程就行了，但进程有个严重的问题：每个进程都有自己地址空间，进程之间有同步和共享数据的过程，很容易出现一件事情，写我自己进程的时候很容易把另外的进程搞死，到此终于发明了线程。

多线程执行多个任务只使用了计算单元，并没有自己具体的地址空间，如果这3个任务想去访问数据的话，访问的是进程里面的同一份空间的数据即共享进程的空间，但是并不共享计算。

进程是静态的概念，一个程序只要放到内存，分配对应的资源主要是内存空间；线程是动态概念，可执行计算任务。

第一个进程进入内存之后，都会对应一个主线程，进程是分配资源用的，分配的资源是和存储、文件、网络相关的，最主要的是空间资源，进程都有自己的空间，线程是共享进程的空间。

多个线程访问的进程中的同一份数据，就会产生并发的问题。

线程是一条一条指令执行的，数据在进程里。协程是用户级别的线程。

为什么同一个代码可以被多个线程所执行？

线程是可执行的计算单元，做任务计算；

这颗cpu或这个计算单元正在执行这段代码，另外一个cpu正在执行的也是这段代码，2个线程，同一份代码即同一份指令，同一份指令怎么可以有多个线程在执行？

虽然是同一份指令，但有可能里面的数据是不一样的，每次执行参数都是不一样的，比如递归，第一次入参是n，第二次入参是n-1，即便参数是一样的，也可以同时执行2次，这里就会牵扯到线程切换的问题，

cpu正在执行t1，t1有它自己的指令和数据，这些数据是需要放到寄存器的，在t1没有执行完的时候，比如10多毫秒的时间片到了，切换到t2，t2执行完回来又轮到t1，t1不需要从头开始执行，要把t1执行到哪里了给记录下来，保存好上下文；t1执行到了哪条指令以及t1在寄存器是什么状态，全部放到一个缓存里，这个缓存是位于整个进程空间的，这叫保存现场，这就是线程切换的过程，但缓存宕掉了就会丢失，简单的理解为存储到了内存里，严格来讲是存到了锁存器中。

线程的切换，需要保存上下文（保存现场），是不是线程数量越多，执行效率越高？

一个线程正在等待网络的输入，但网络还没有输入，只有一个线程一个cpu的情况下就等着？这个时候显然需要把你的计算资源切换给其他人使用，所以中间有个切换的过程，10个线程可以切换，若有1万个活着的线程，操作系统必须保证每个线程都有时间来执行，不然就不叫活线程了 ，那就会把整个线程资源全部耗在线程切换上了。

对于一个程序或一个线程池设置多少个线程合适？线程池设定多少核心线程？

比如有1颗cpu，如果一个线程有50%的时间做计算，剩下的50%的时间等待着网络的输入和输出，在一颗cpu的情况下，多少个线程可以充分利用好这个cpu，答案是2个线程，在这个线程50%的时间计算完等待网络输入和输出的时候切换给另外一个线程使用。

根据线程等待的时间和计算时间的比值来计算所需的线程数，这里有一个理论上的计算公式，

Ucpu是期望cpu的利用率，比如期望cpu利用率是100%；

100% * (1+50% / 50%)=2个线程，1颗cpu 2个线程，2颗cpu就是4个线程。

当然这是理论，但实际中不能精确的计算出来多少时间做计算多少时间做wait ，最终还是要压测做决定。

这里面有个理想的情况 ，整个机器都被我这个进程所使用，其他进程不用，但是操作系统自己也有线程，其他正在跑着的程序自己也会有线程，那肯定会影响我这个进程，所以理论计算的结果会有一些偏差，实际中肯定是要做压测，可以通过理论计算出来一个初始值，比如10，将线程数设置为10个来做压测，看看是否达到期望值，再根据实际做调整。