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Java多線程基礎：進程和線程之由來

　　在前面，已經(jīng)介紹了Java的基礎知識，現(xiàn)在我們來討論一點稍微難一點的問題：Java并發(fā)編程。當然，Java并發(fā)編程涉及到很多方面的內(nèi)容，不是一朝一夕就能夠融會貫通使用的，需要在實踐中不斷積累。由于并發(fā)肯定涉及到多線程，因此在進入并發(fā)編程主題之前，我們先來了解一下進程和線程的由來，這對后面對并發(fā)編程的理解將會有很大的幫助。

　　下面是本文的目錄大綱：

　　一.操作系統(tǒng)中為什么會出現(xiàn)進程？

　　二.為什么會出現(xiàn)線程？

　　三.多線程并發(fā)

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一.操作系統(tǒng)中為什么會出現(xiàn)進程？

　　說起進程的由來，我們需要從操作系統(tǒng)的發(fā)展歷史談起。

　　也許在今天，我們無法想象在很多年以前計算機是什么樣子。我們現(xiàn)在可以用計算機來做很多事情：辦公、娛樂、上網(wǎng)，但是在計算機剛出現(xiàn)的時候，是為了解決數(shù)學計算的問題，因為很多大量的計算通過人力去完成是很耗時間和人力成本的。在最初的時候，計算機只能接受一些特定的指令，用戶輸入一個指令，計算機就做一個操作。當用戶在思考或者輸入數(shù)據(jù)時，計算機就在等待。顯然這樣效率和很低下，因為很多時候，計算機處于等待用戶輸入的狀態(tài)。

　　那么能不能把一系列需要操作的指令預先寫下來，形成一個清單，然后一次性交給計算機，計算機不斷地去讀取指令來進行相應的操作？就這樣，批處理操作系統(tǒng)誕生了。用戶可以將需要執(zhí)行的多個程序?qū)懺诖艓?#xff0c;然后交由計算機去讀取并逐個地執(zhí)行這些程序，并將輸出結果寫到另一個磁帶上。

　　雖然批處理操作系統(tǒng)的誕生極大地提高了任務處理的便捷性，但是仍然存在一個很大的問題：

　　假如有兩個任務A和B，任務A在執(zhí)行到一半的過程中，需要讀取大量的數(shù)據(jù)輸入（I/O操作），而此時CPU只能靜靜地等待任務A讀取完數(shù)據(jù)才能繼續(xù)執(zhí)行，這樣就白白浪費了CPU資源。人們于是想，能否在任務A讀取數(shù)據(jù)的過程中，讓任務B去執(zhí)行，當任務A讀取完數(shù)據(jù)之后，讓任務B暫停，然后讓任務A繼續(xù)執(zhí)行？

　　但是這樣就有一個問題，原來每次都是一個程序在計算機里面運行，也就說內(nèi)存中始終只有一個程序的運行數(shù)據(jù)。而如果想要任務A執(zhí)行I/O操作的時候，讓任務B去執(zhí)行，必然內(nèi)存中要裝入多個程序，那么如何處理呢？多個程序使用的數(shù)據(jù)如何進行辨別呢？并且當一個程序運行暫停后，后面如何恢復到它之前執(zhí)行的狀態(tài)呢？

　　這個時候人們就發(fā)明了進程，用進程來對應一個程序，每個進程對應一定的內(nèi)存地址空間，并且只能使用它自己的內(nèi)存空間，各個進程間互不干擾。并且進程保存了程序每個時刻的運行狀態(tài)，這樣就為進程切換提供了可能。當進程暫時時，它會保存當前進程的狀態(tài)（比如進程標識、進程的使用的資源等），在下一次重新切換回來時，便根據(jù)之前保存的狀態(tài)進行恢復，然后繼續(xù)執(zhí)行。

　　這就是并發(fā)，能夠讓操作系統(tǒng)從宏觀上看起來同一個時間段有多個任務在執(zhí)行。換句話說，進程讓操作系統(tǒng)的并發(fā)成為了可能。

　　注意，雖然并發(fā)從宏觀上看有多個任務在執(zhí)行，但是事實上，任一個具體的時刻，只有一個任務在占用CPU資源（當然是對于單核CPU來說的）。

二.為什么會出現(xiàn)線程？

　　在出現(xiàn)了進程之后，操作系統(tǒng)的性能得到了大大的提升。雖然進程的出現(xiàn)解決了操作系統(tǒng)的并發(fā)問題，但是人們?nèi)匀徊粷M足，人們逐漸對實時性有了要求。因為一個進程在一個時間段內(nèi)只能做一件事情，如果一個進程有多個子任務，只能逐個地去執(zhí)行這些子任務。比如對于一個監(jiān)控系統(tǒng)來說，它不僅要把圖像數(shù)據(jù)顯示在畫面上，還要與服務端進行通信獲取圖像數(shù)據(jù)，還要處理人們的交互操作。如果某一個時刻該系統(tǒng)正在與服務器通信獲取圖像數(shù)據(jù)，而用戶又在監(jiān)控系統(tǒng)上點擊了某個按鈕，那么該系統(tǒng)就要等待獲取完圖像數(shù)據(jù)之后才能處理用戶的操作，如果獲取圖像數(shù)據(jù)需要耗費10s，那么用戶就只有一直在等待。顯然，對于這樣的系統(tǒng)，人們是無法滿足的。

　　那么可不可以將這些子任務分開執(zhí)行呢？即在系統(tǒng)獲取圖像數(shù)據(jù)的同時，如果用戶點擊了某個按鈕，則會暫停獲取圖像數(shù)據(jù)，而先去響應用戶的操作（因為用戶的操作往往執(zhí)行時間很短），在處理完用戶操作之后，再繼續(xù)獲取圖像數(shù)據(jù)。人們就發(fā)明了線程，讓一個線程去執(zhí)行一個子任務，這樣一個進程就包括了多個線程，每個線程負責一個獨立的子任務，這樣在用戶點擊按鈕的時候，就可以暫停獲取圖像數(shù)據(jù)的線程，讓UI線程響應用戶的操作，響應完之后再切換回來，讓獲取圖像的線程得到CPU資源。從而讓用戶感覺系統(tǒng)是同時在做多件事情的，滿足了用戶對實時性的要求。

　　換句話說，進程讓操作系統(tǒng)的并發(fā)性成為可能，而線程讓進程的內(nèi)部并發(fā)成為可能。

　　但是要注意，一個進程雖然包括多個線程，但是這些線程是共同享有進程占有的資源和地址空間的。進程是操作系統(tǒng)進行資源分配的基本單位，而線程是操作系統(tǒng)進行調(diào)度的基本單位。

三.多線程并發(fā)

　　由于多個線程是共同占有所屬進程的資源和地址空間的，那么就會存在一個問題：

　　如果多個線程要同時訪問某個資源，怎么處理？

　　這個問題就是后序文章中要重點講述的同步問題。

　　那么可能有朋友會問，現(xiàn)在很多時候都采用多線程編程，那么是不是多線程的性能一定就由于單線程呢？

　　不一定，要看具體的任務以及計算機的配置。比如說：

　　對于單核CPU，如果是CPU密集型任務，如解壓文件，多線程的性能反而不如單線程性能，因為解壓文件需要一直占用CPU資源，如果采用多線程，線程切換導致的開銷反而會讓性能下降。

　　但是對于比如交互類型的任務，肯定是需要使用多線程的、

　　而對于多核CPU，對于解壓文件來說，多線程肯定優(yōu)于單線程，因為多個線程能夠更加充分利用每個核的資源。

　　雖然多線程能夠提升程序性能，但是相對于單線程來說，它的編程要復雜地多，要考慮線程安全問題。因此，在實際編程過程中，要根據(jù)實際情況具體選擇。

　　關于進程和線程的由來，暫時就講這么多了，感興趣的朋友可以參考相關資料。

轉(zhuǎn)載于:https://my.oschina.net/yzbty32/blog/1837849

總結

以上是生活随笔為你收集整理的Java并发编程：进程和线程之由来的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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