寫(xiě)給小白看的線程和進(jìn)程，高手勿入
計(jì)算機(jī)的核心是CPU，它承擔(dān)了計(jì)算機(jī)的所有計(jì)算任務(wù)，CPU就像一個(gè)工廠，時(shí)刻在運(yùn)行著，而操作系統(tǒng)管理著計(jì)算機(jī)，負(fù)責(zé)任務(wù)的調(diào)度、資源的分配和管理。
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進(jìn)程和線程都是計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)中的基本概念，在進(jìn)程和線程之上有程序，應(yīng)用程序是具有某種功能的程序，運(yùn)行在操作系統(tǒng)中。
例如，我們的桌面上都會(huì)安裝QQ、酷狗音樂(lè)、微信......等，這些就是程序。當(dāng)我們點(diǎn)擊QQ運(yùn)行時(shí)，QQ正常運(yùn)行，此時(shí)就會(huì)開(kāi)啟一個(gè)進(jìn)程。
因此，「程序是靜態(tài)的，而進(jìn)程是動(dòng)態(tài)的，程序是作為進(jìn)程的運(yùn)行的載體，進(jìn)程會(huì)隨時(shí)間，會(huì)在某一時(shí)刻消亡。」
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我們運(yùn)行程序開(kāi)啟的進(jìn)程，我們可以在任務(wù)管理器中可以查看，當(dāng)我們?cè)俅吸c(diǎn)擊QQ，登陸另一個(gè)賬號(hào)的時(shí)候又會(huì)開(kāi)啟一個(gè)進(jìn)程。
打個(gè)比喻：前面我們把CPU比作一個(gè)工廠，那么程序就好像工廠里面的車(chē)間。
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但是，車(chē)間是靜態(tài)的，車(chē)間中有多條流水線，進(jìn)程就好比流水線，流水線是動(dòng)態(tài)執(zhí)行的，一個(gè)車(chē)間可以同時(shí)運(yùn)行多條流水線，也可以只執(zhí)行一條流水線或者一條流水線都不執(zhí)行。
總結(jié)來(lái)說(shuō)：「程序可以包含多個(gè)進(jìn)程，多個(gè)進(jìn)程并發(fā)執(zhí)行，相互獨(dú)立，因此，進(jìn)程也是系統(tǒng)進(jìn)行資源分配和調(diào)度基本單位。」
當(dāng)然，程序也可以沒(méi)有啟動(dòng)進(jìn)程，就好比車(chē)間中沒(méi)有流水線，因?yàn)槌绦蚴庆o態(tài)的，而進(jìn)程的有無(wú)就好比層間的流水線是否存在。
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一條流水線上可以有很多工人，那些工人就好比是線程，一個(gè)員工就代表一個(gè)線程，他們?cè)谝黄鸸餐瑓f(xié)作，完成一條流水線上的任務(wù)。
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所以，「進(jìn)程與線程的關(guān)系是包含關(guān)系，一個(gè)進(jìn)程中至少有一個(gè)線程，或者多個(gè)線程，一個(gè)線程只能歸屬于一個(gè)進(jìn)程中」。就好比一個(gè)車(chē)間中可以有多個(gè)流水線，一條流水線上有多個(gè)功能開(kāi)工，在組長(zhǎng)安排下工人只能在一條流水線上工作。
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當(dāng)然，進(jìn)程中的所有線程共享這該進(jìn)程的所有資源，比如：內(nèi)存空間，每個(gè)線程都可以使用這個(gè)內(nèi)存空間。就好比車(chē)間中的空間都是各條流水線共享的。
不同的空間若能容納的工人也不一樣，就好比廁所一次只能一個(gè)人進(jìn)廁所，當(dāng)后面來(lái)的人，注意到廁所門(mén)已經(jīng)關(guān)閉，就知道里面有人，就只能等候前一個(gè)人用完，他才能用。
廁所里面的人，為了防止他人再次進(jìn)入廁所，就會(huì)把廁所鎖住，這就是「互斥鎖（Mutual exclusion，縮寫(xiě) Mutex）」，這就意味著在進(jìn)程中的某一些空間一次只能由一條線程使用。
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有些空間就會(huì)比較大，一次可以供多個(gè)人使用，比如：休息室，休息室的座位都是有限的，一次只能供20的座位休息，其余的人就坐不下了。
用于標(biāo)識(shí)這個(gè)空間僅給20個(gè)人使用的辦法就是給每個(gè)座位打一個(gè)編號(hào)1-20，每進(jìn)去一個(gè)人就給這個(gè)人發(fā)一個(gè)作為編號(hào)，當(dāng)編號(hào)用完了，表示這個(gè)空間已經(jīng)滿了。
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當(dāng)有人出來(lái)了就會(huì)把編號(hào)還給看守的那個(gè)人，便是又有空間可以使用了，這個(gè)做法就是「信號(hào)量」，這樣保證了每個(gè)人都有自己的座位，即保證多線程不會(huì)相互沖突。
「那為什么有進(jìn)程還要多線程呢？」 每個(gè)進(jìn)程都有自己獨(dú)自的代碼和數(shù)據(jù)空間，即為「程序的上下文」，進(jìn)程包含多個(gè)線程，進(jìn)程的切換消耗要大于線程的切換消耗。
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線程可以看作是輕量級(jí)的進(jìn)程，每個(gè)線程也有自己的「運(yùn)行棧」和「程序計(jì)數(shù)器（PC）」、以及「線程的本地存儲(chǔ)」，所以對(duì)于進(jìn)程數(shù)比較多的，頻繁的切換進(jìn)程將會(huì)帶來(lái)一大筆的開(kāi)銷(xiāo)，反而線程的切換開(kāi)銷(xiāo)小。
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進(jìn)程是一個(gè)「動(dòng)態(tài)」的概念，進(jìn)程包含下面的五種狀態(tài)：「初始態(tài)，執(zhí)行態(tài)，等待狀態(tài)，就緒狀態(tài)，終止?fàn)顟B(tài)」。
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線程中的狀態(tài)也是包含下面的五種：「新建（NEW）、可運(yùn)行（Runnable）、運(yùn)行（Running）、阻塞(BLOCKED)、死亡(DEAD)」。
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那么進(jìn)程之間是怎么交互的呢？在進(jìn)程之間的通信包括「管道、系統(tǒng)IPC(包括消息隊(duì)列,信號(hào)量,共享存儲(chǔ)), SOCKET。」
管道的方式由包括以下三種方式：
- 「普通管道」PIPE：通常會(huì)有限制，可能是半雙工方式，或者是只能在子父進(jìn)程中使用。
- 「流管道」s_pipe：可以使用雙向傳輸。
- 「命名管道」name_pipe：它允許可以在不相關(guān)的進(jìn)程之中使用。
線程之間的通信在JMM模型中是通過(guò)共享內(nèi)存來(lái)實(shí)現(xiàn)的，例如：線程一要和線程二通信，線程一先把自己的變量副本寫(xiě)入主內(nèi)存中，然后線程二再?gòu)闹鲀?nèi)存中讀取該變量，復(fù)制到自己的線程空間中進(jìn)行操作，線程都不能直接操作主內(nèi)存。
為了保證多線程之間的數(shù)據(jù)一致性的問(wèn)題，可以使用鎖機(jī)制，實(shí)現(xiàn)線程之間的操作的同步、有序。例如：「synchronized鎖、Lock鎖、Atomic原子類(lèi)」。
單線程時(shí)代，一次只能執(zhí)行一個(gè)任務(wù)，后面的任務(wù)只能排隊(duì)等候，實(shí)現(xiàn)的方式都是串行化的，隨著后續(xù)的發(fā)展為了提高效率，實(shí)現(xiàn)了多線程。
單CPU的多線程方式，實(shí)現(xiàn)的是并發(fā)方式，并發(fā)真正意義上的并行，因?yàn)镃PU一次只能執(zhí)行一次任務(wù)，但是，CPU的執(zhí)行速度遠(yuǎn)快于線程的執(zhí)行速度，為了充分利用CPU，因此實(shí)現(xiàn)并發(fā)的多線程方式。
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多CPU時(shí)代的來(lái)領(lǐng)，實(shí)現(xiàn)真正意義上的并行多線程，同一時(shí)刻可以由多個(gè)線程的執(zhí)行。
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最后總結(jié)：「操作系統(tǒng)中是以多進(jìn)程的形式執(zhí)行，以多線程的方式執(zhí)行，允許講單個(gè)任務(wù)由多個(gè)部分執(zhí)行，并且在多線程之間能夠提供協(xié)調(diào)機(jī)制，允許進(jìn)程之間、線程之間有共享的部分，又能夠保證進(jìn)程之間、線程之間不會(huì)相互影響」。
