并发编程之一：线程与并发基础概念

今天药忘吃喽~ 2022-12-16 13:25 169阅读 0赞

### 线程与并发基础概念 ###

*  进程与线程
 *   *  进程：指令 + 数据
     *  线程
     *  线程与进程的区别
 *  并发与并行
 *   *  并发
     *  并行
     *  举个栗子
 *  多线程的应用(有啥用处)
 *   *  同步与异步
     *  提高效率
     *  结论

# 进程与线程 #

## 进程：指令 + 数据 ##

■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,这时就开启了一个进程。  
■进程就可以视为程序的一一个实例。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)，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  
。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

## 线程与进程的区别 ##

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  
进程间通信较为复杂

■同一台计算机的进程通信称为IPC (Inte-process communication)  
■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，-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-般上要比进程上下文切换低  
不同计算机之间的通信通过http，而线程之间的通信是通过共享变量来进行通信

# 并发与并行 #

## 并发 ##

同一时间应对多件事情的能力我们把他叫做并发  
比如，同一个cpu将不同的cpu时间轮流分配给不同的线程，一会是线程1、一会是线程2，一般将这种线程轮流使用cpu的做法称之为并发（微观串行，宏观并发）。(所以单核cpu下，即使是多个线程，其实还是串行，所以宏观并发，微观串行)是由操作系统的任务调度器来完成的。  
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![在这里插入图片描述][20201020174501463.png_pic_center]

## 并行 ##

多个cpu真正的同时运行多个线程的能力  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2phdmFfeHh4eA_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 1]

## 举个栗子 ##

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

# 多线程的应用(有啥用处) #

## 同步与异步 ##

\*应用之异步调用(案例1)  
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- -层意思，是让多个线程步调- -致  
回  
1)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秒调用者什么都做不了,其代码都得暂停…  
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 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

## 提高效率 ##

应用之提高效率(案例1)  
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10 ms  
计算2花费11ms  
计算3花费9ms  
汇总需要1 ms  
■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  
需要在多核cpu才能提高效率，单核仍然时是轮流执行

## 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  
2.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  
3. IO操作不占用cpu,只是我们一-般拷贝文件使用的是\[阻塞I0\] ,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

个人笔记，不喜勿喷。

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