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java高并发系列 - 第5天:深入理解进程和线程

进程

进程(Process)是计算机中的程序关于某数据集合上的一次运行活动,是系统进行资源分配和调度的基本单位,是操作系统结构的基础。程序是指令、数据及其组织形式的描述,进程是程序的实体。

进程具有的特征:

  • 动态性:进程是程序的一次执行过程,是临时的,有生命期的,是动态产生,动态消亡的
  • 并发性:任何进程都可以同其他进行一起并发执行
  • 独立性:进程是系统进行资源分配和调度的一个独立单位
  • 结构性:进程由程序,数据和进程控制块三部分组成

我们经常使用windows系统,经常会看见.exe后缀的文件,双击这个.exe文件的时候,这个文件中的指令就会被系统加载,那么我们就能得到一个关于这个.exe程序的进程。进程是“活”的,或者说是正在被执行的。

window中打开任务管理器,可以看到当前系统中正在运行的进程,如下图:

线程

线程是轻量级的进程,是程序执行的最小单元,使用多线程而不是多进程去进行并发程序的设计,是因为线程间的切换和调度的成本远远小于进程。

我们用一张图来看一下线程的状态图:

线程的所有状态在java.lang.Thread中的State枚举中有定义,如:

public enum State {
    NEW,
    RUNNABLE,
    BLOCKED,
    WAITING,
    TIMED_WAITING,
    TERMINATED;
}

线程几个状态的介绍:

  • New:表示刚刚创建的线程,这种线程还没有开始执行
  • RUNNABLE:运行状态,线程的start()方法调用后,线程会处于这种状态
  • BLOCKED:阻塞状态。当线程在执行的过程中遇到了synchronized同步块,但这个同步块被其他线程已获取还未释放时,当前线程将进入阻塞状态,会暂停执行,直到获取到锁。当线程获取到锁之后,又会进入到运行状态(RUNNABLE)
  • WAITING:等待状态。和TIME_WAITING都表示等待状态,区别是WAITING会进入一个无时间限制的等,而TIME_WAITING会进入一个有限的时间等待,那么等待的线程究竟在等什么呢?一般来说,WAITING的线程正式在等待一些特殊的事件,比如,通过wait()方法等待的线程在等待notify()方法,而通过join()方法等待的线程则会等待目标线程的终止。一旦等到期望的事件,线程就会再次进入RUNNABLE运行状态。
  • TERMINATED:表示结束状态,线程执行完毕之后进入结束状态。

注意:从NEW状态出发后,线程不能在回到NEW状态,同理,处理TERMINATED状态的线程也不能在回到RUNNABLE状态

进程与线程的一个简单解释

进程(process)和线程(thread)是操作系统的基本概念,但是它们比较抽象,不容易掌握。

1.计算机的核心是CPU,它承担了所有的计算任务。它就像一座工厂,时刻在运行。
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2.假定工厂的电力有限,一次只能供给一个车间使用。也就是说,一个车间开工的时候,其他车间都必须停工。背后的含义就是,单个CPU一次只能运行一个任务。
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3.进程就好比工厂的车间,它代表CPU所能处理的单个任务。任一时刻,CPU总是运行一个进程,其他进程处于非运行状态。
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4.一个车间里,可以有很多工人。他们协同完成一个任务。
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5.线程就好比车间里的工人。一个进程可以包括多个线程。
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6.车间的空间是工人们共享的,比如许多房间是每个工人都可以进出的。这象征一个进程的内存空间是共享的,每个线程都可以使用这些共享内存。
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7.可是,每间房间的大小不同,有些房间最多只能容纳一个人,比如厕所。里面有人的时候,其他人就不能进去了。这代表一个线程使用某些共享内存时,其他线程必须等它结束,才能使用这一块内存。
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8.一个防止他人进入的简单方法,就是门口加一把锁。先到的人锁上门,后到的人看到上锁,就在门口排队,等锁打开再进去。这就叫"互斥锁"(Mutual exclusion,缩写 Mutex),防止多个线程同时读写某一块内存区域。
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9.还有些房间,可以同时容纳n个人,比如厨房。也就是说,如果人数大于n,多出来的人只能在外面等着。这好比某些内存区域,只能供给固定数目的线程使用。
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10.这时的解决方法,就是在门口挂n把钥匙。进去的人就取一把钥匙,出来时再把钥匙挂回原处。后到的人发现钥匙架空了,就知道必须在门口排队等着了。这种做法叫做"信号量"(Semaphore),用来保证多个线程不会互相冲突。
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11.操作系统的设计,因此可以归结为三点:
(1)以多进程形式,允许多个任务同时运行;
(2)以多线程形式,允许单个任务分成不同的部分运行;
(3)提供协调机制,一方面防止进程之间和线程之间产生冲突,另一方面允许进程之间和线程之间共享资源。

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