Java進(jìn)程、線程、并行與并發(fā)之間的關(guān)系

本篇內(nèi)容介紹了“Java進(jìn)程、線程、并行與并發(fā)之間的關(guān)系”的有關(guān)知識(shí)，在實(shí)際案例的操作過程中，不少人都會(huì)遇到這樣的困境，接下來就讓小編帶領(lǐng)大家學(xué)習(xí)一下如何處理這些情況吧！希望大家仔細(xì)閱讀，能夠?qū)W有所成！

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 進(jìn)程與線程

進(jìn)程是指程序的一次動(dòng)態(tài)執(zhí)行過程，通常我們說計(jì)算機(jī)中正在執(zhí)行的程序就是進(jìn)程，每個(gè)程序都會(huì)對(duì)應(yīng)著一個(gè)進(jìn)程。一個(gè)進(jìn)程包含了從代碼加載到執(zhí)行完成的一個(gè)完整過程，它是操作系統(tǒng)資源分配最小單元。

而線程則是比進(jìn)程更小的執(zhí)行單位，是CPU調(diào)度和分派的基本單位。每個(gè)進(jìn)程至少有一個(gè)線程，反過來一個(gè)線程只能屬于一個(gè)進(jìn)程，線程可以對(duì)進(jìn)程所有的資源進(jìn)行調(diào)度和運(yùn)算。線程既可以由操作系統(tǒng)內(nèi)核來控制調(diào)度，也可以由用戶程序進(jìn)行控制調(diào)度。

 并發(fā)與并行

并發(fā)和并行都可以是相對(duì)于進(jìn)程或是線程來說。并發(fā)是指一個(gè)或若干個(gè)CPU對(duì)多個(gè)進(jìn)程或線程之間進(jìn)行多路復(fù)用，用簡(jiǎn)單的語言來說就是CPU輪著執(zhí)行多個(gè)任務(wù)，每個(gè)任務(wù)都執(zhí)行一小段時(shí)間，從宏觀上看起來就像是全部任務(wù)都在同時(shí)執(zhí)行一樣。并行則是指多個(gè)進(jìn)程或線程同一時(shí)刻被執(zhí)行，這是真正意義上的同時(shí)執(zhí)行，它必須要有多個(gè)CPU的支持。如下圖是并發(fā)和并行的執(zhí)行時(shí)間圖。對(duì)于并發(fā)來說，線程一線執(zhí)行一段時(shí)間，然后線程二再執(zhí)行一段時(shí)間，接著線程三再執(zhí)行一段時(shí)間。每個(gè)線程都輪流得到CPU的執(zhí)行時(shí)間，這種情況下只需要一個(gè)CPU即能夠?qū)崿F(xiàn)。對(duì)于并行來說，線程一、線程二和線程三是同時(shí)執(zhí)行的，這種情況下需要三個(gè)CPU才能實(shí)現(xiàn)。

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而對(duì)于Java并發(fā)，就是在Java平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)來實(shí)現(xiàn)并發(fā)機(jī)制，Java平臺(tái)上提供了線程以及線程并發(fā)

 多線程能提高執(zhí)行效率

前面我們了解到多線程可以實(shí)現(xiàn)并發(fā)和并行執(zhí)行，所以多線程能提升總體的效率。如果不支持多線程的話，那么當(dāng)某個(gè)執(zhí)行任務(wù)進(jìn)入等待阻塞狀態(tài)時(shí)，則可能因?yàn)樽枞鴮?dǎo)致運(yùn)行效率低下。如下圖一中，一個(gè)請(qǐng)求任務(wù)發(fā)起請(qǐng)求后則開始等待響應(yīng)，此時(shí)該線程占著CPU又不干活，從整個(gè)運(yùn)行線上可以看到真正運(yùn)行（綠色方塊）的時(shí)間很少，這就是運(yùn)行效率低下。但在如果支持多線程并發(fā)的情況下，則可以在等待阻塞時(shí)去干其它的活。此外，多CPU環(huán)境下，如果一個(gè)任務(wù)能夠分解成多個(gè)小任務(wù)，那么就能夠用多個(gè)CPU同時(shí)執(zhí)行它，這樣就能以更加快的速度完成任務(wù)，畢竟單個(gè)CPU運(yùn)行能力有限。如下圖二中，一旦將任務(wù)分解成三個(gè)小任務(wù)后，在多CPU環(huán)境下則能夠并行執(zhí)行，大大減少了整體執(zhí)行時(shí)間。

單線程阻塞狀態(tài)

 多線程能提升用戶體驗(yàn)

多線程也能提升用戶體驗(yàn)，如果一個(gè)線程的任務(wù)既包含耗時(shí)的任務(wù)又包含用戶交互的任務(wù)，那么則可能會(huì)導(dǎo)致用戶體驗(yàn)很糟糕。如下圖，假如大家看到這些窗口一直在打轉(zhuǎn)又無法對(duì)其進(jìn)行操作，是不是很難受？一個(gè)線程發(fā)起請(qǐng)求后開始等待請(qǐng)求結(jié)果，用戶界面則一直卡著沒響應(yīng)。我們可以通過多線程將任務(wù)分為請(qǐng)求任務(wù)和界面操作兩部分，這樣就能在請(qǐng)求后保持對(duì)界面操作的響應(yīng)，以便提供更好的用戶體驗(yàn)。

 多線程讓編碼更難

天下沒有免費(fèi)的午餐，多線程也是需要付出代價(jià)的。從編寫代碼的角度來看，多線程使得編碼變得更加復(fù)雜，本質(zhì)上這是因?yàn)槎嗑€程機(jī)制與現(xiàn)代計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)所帶來的。縱使在編程語言設(shè)計(jì)專家的努力下，現(xiàn)在有很多簡(jiǎn)化多線程編程的語言和模型，但相比于單線程來說多線程的編寫仍然復(fù)雜很多。數(shù)據(jù)從主存儲(chǔ)到CPU中間有若干層緩存和寄存器，而且多個(gè)線程可能訪問共享內(nèi)存，這就涉及到數(shù)據(jù)同步問題，從而增加了多線程編程的復(fù)雜性。此外，線程與線程之間的通信也比較麻煩，這也增加了多線程編碼的復(fù)雜性?？傊M管很多編程語言嘗試為我們提供更便捷的多線程編程，但在語言層面仍然無法完全屏蔽掉多線程與計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，所以不管我們使用什么語言都需要為多線程的編碼考慮得更多。

 上下文切換與資源開銷

多線程除了增加編碼難度外，它還在執(zhí)行過程中帶來實(shí)際的損耗，包括資源開銷和上下文切換開銷。資源開銷主要包括其本身占用的內(nèi)存資源、執(zhí)行時(shí)線程本地棧開銷以及對(duì)這些線程進(jìn)行管理的開銷。而上下文切換開銷則是因?yàn)镃PU由一個(gè)線程切換到另外一個(gè)線程是需要做現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)和現(xiàn)場(chǎng)恢復(fù)工作，包括線程標(biāo)識(shí)、寄存器內(nèi)存、線程狀態(tài)、線程優(yōu)先級(jí)、線程資源清單等等。如下圖所示，假設(shè)線程一和線程二由某個(gè)CPU執(zhí)行。線程一執(zhí)行一段時(shí)間后將相關(guān)信息保存到現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中，而線程數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)存放在主存儲(chǔ)中，然后從線程二對(duì)應(yīng)的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中恢復(fù)線程二相關(guān)信息，完成現(xiàn)場(chǎng)恢復(fù)后線程二開始執(zhí)行。接下去的過程反過來，由線程二切換到線程一。

在實(shí)踐中我們要綜合考慮多線程的優(yōu)缺點(diǎn)，不能一味的去追求多線程，在使用多線程之前我們必須去衡量多線程帶來的好處與代價(jià)。?

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新聞名稱：Java進(jìn)程、線程、并行與并發(fā)之間的關(guān)系
文章源于：http://bm7419.com/article14/geicde.html

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