进程与线程

 

进程与线程(Process & Thread)

 

一.理论

(1)Process

从操作系统角度

    进程(process)会分配到cpu时间片,分配到memory空间,这就是程序的运行环境.是由操作系统维护的资源实体.所以有一些性质:

    1.可以被创建,回收,挂起,运行,死亡;

    2.进程在执行过程中有内存单元的初始入口点，并且进程存活过程中始终拥有独立的内存地址空间;

    3.从应用程序进程在执行过程中向CPU发出的运行指令形式不同，可以将进程的状态分为用户态和核心态。处于用户态下的进程执行的是应用程序指令、处于核心态下的应用程序进程执行的是操作系统指令。

     通俗的说:当一个进程放弃执行（准确的说是放弃占有CPU），而被操作系统交换到硬盘上，使别的进程有机会运行的时候，在那个进程里的所有数据也将被写到硬盘上，甚至包括整个系统的核心（core memory）.

就java而言:JVM就几乎相当于一个进程（process），因为只有进程才能拥有堆内存（heap，也就是我们平时用new操作符，分出来的内存空间）。  

(2)Thread

从os角度

    Thread包含一个内存入口点地址、一个出口点地址以及能够顺序执行的代码序列。线程不能够单独执行，它必须运行在处于活动状态的应用程序进程中，因此可以定义线程是程序内部的具有并发性的顺序代 码流。

   

     多cpu并发应用中,多线程由为重要.单cpu情况多线程不提高cpu的处理能力,只有在多CPU 的计算机或者在网络计算体系结构下，将Java程序划分为多个并发执行线程后，同时启动多个线程运行，使不同的线程运行在基于不同处理器的Java虚拟机中，才能提高应用程序的执行效率。

    另外，如果应用程序必须等待网络连接或数据库连接等数据吞吐速度相对较慢的资源时，多线程应用程序是非常有利的。

 

就java而言,线程是由JVM执行的二进制指令。这里面没有对象（Object）甚至没有方法(Method)的概念。

     指令执行的序列可以重叠，并且并行的执行。

     线程是有序的指令，而不是方法（method）。  

     线程的数据结构，与进程相反，仅仅只包括执行这些指令的信息。

     它包含当前的运行上下文（context）：如寄存器（register）的内容、当前指令的在运行引擎的指令流中的位置、保存方法（methods）本地参数和变量的运行时堆栈。如果发生线程切换，OS只需把寄存器的值压进栈，然后把线程包含的数据放到某个类似列表(LIST)的地方；把另一个线程的数据从列表中取出，并且用栈里的值重新设置寄存器。切换线程更加有效率，时间单位是毫秒。对于Java而言，一个线程可以看作是JVM的一个状态。  

     运行时堆栈（也就是前面说的存储本地变量和参数的地方）是线程数据结构一部分。这是因为多个线程，每一个都有自己的运行时堆栈，也就是说存储在这里面的数据是绝对线程安全的。因为可以肯定一个线程是无法修改另一个线程的系统级的数据结构的。也可以这么说一个不访问堆内存的（只读写堆栈内存）方法，是线程安全的（Thread Safe）。 

二.java中线程安全与同步

 

      信号量是任何可以让两个线程为了同步它们的操作而相互通信的对象。Java也是通过信号量来实现线程间通信的。如果没有synchronized关键字，就无法用JAVA实现信号量，但是仅仅只依靠它也不足够。

      计算机的汇编指令顺序的执行，这些指令的执行是不被打断。指令试图测试一个比特（bit），然后设置各种二进制位来表示测试的结果，如果这个bit没有被设置，指令就设置它。这可以说是非常原始的信号量，因为当两个线程同步的企图设置一个bit的值时，只有一个线程可以成功，两个线程都会检查结果，看看是不是自己设成功了。 
如果bit已经被设置（这里说的是有线程竞争的情况下），失败的JVM（线程）不得不离开操作系统的核心进程等待这个bit位被清零。这样来回的在系统核心中切换是非常耗时的。在NT系统下，需要600次机械指令循环来进入一次系统内核，这还仅仅是进入所耗费的时间还不包括做操作的时间。 

        线程安全，是指一个方法可以在多线程的环境下安全的有效的访问进程级的数据（这些数据是与其他线程共享的）。事实上，线程安全是个很难达到的目标。一般不操作对象状态信息（例如数据成员）的方法都不需要同步，例如：一些方法只访问本地变量（也就是说在方法内部声明的变量），而不操作类级别的数据成员，并且这些方法不会通过传入的引用参数来修改外部的对象。符合这些条件的方法都不需要使用synchronization这种重量级的操作。除此之外，还可以使用一些设计模式（Design Pattern）来避免同步,如Decorator模式.

 三.协作