Java并发编程：进程和线程之由来

Java多线程基础：进程和线程之由来

　　在前面，已经介绍了Java的基础知识，如今咱们来讨论一点稍微难一点的问题：Java并发编程。固然，Java并发编程涉及到不少方面的内容，不是一朝一夕就可以融会贯通使用的，须要在实践中不断积累。因为并发确定涉及到多线程，所以在进入并发编程主题以前，咱们先来了解一下进程和线程的由来，这对后面对并发编程的理解将会有很大的帮助。

　　下面是本文的目录大纲：

　　一.操做系统中为何会出现进程？

　　二.为何会出现线程？

　　三.多线程并发

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一.操做系统中为何会出现进程？

　　提及进程的由来，咱们须要从操做系统的发展历史谈起。

　　也许在今天，咱们没法想象在不少年之前计算机是什么样子。咱们如今能够用计算机来作不少事情：办公、娱乐、上网，可是在计算机刚出现的时候，是为了解决数学计算的问题，由于不少大量的计算经过人力去完成是很耗时间和人力成本的。在最初的时候，计算机只能接受一些特定的指令，用户输入一个指令，计算机就作一个操做。当用户在思考或者输入数据时，计算机就在等待。显然这样效率和很低下，由于不少时候，计算机处于等待用户输入的状态。

　　那么能不能把一系列须要操做的指令预先写下来，造成一个清单，而后一次性交给计算机，计算机不断地去读取指令来进行相应的操做？就这样，批处理操做系统诞生了。用户能够将须要执行的多个程序写在磁带上，而后交由计算机去读取并逐个地执行这些程序，并将输出结果写到另外一个磁带上。

　　虽然批处理操做系统的诞生极大地提升了任务处理的便捷性，可是仍然存在一个很大的问题：

　　假若有两个任务A和B，任务A在执行到一半的过程当中，须要读取大量的数据输入（I/O操做），而此时CPU只能静静地等待任务A读取完数据才能继续执行，这样就白白浪费了CPU资源。人们因而想，可否在任务A读取数据的过程当中，让任务B去执行，当任务A读取完数据以后，让任务B暂停，而后让任务A继续执行？

　　可是这样就有一个问题，原来每次都是一个程序在计算机里面运行，也就说内存中始终只有一个程序的运行数据。而若是想要任务A执行I/O操做的时候，让任务B去执行，必然内存中要装入多个程序，那么如何处理呢？多个程序使用的数据如何进行辨别呢？而且当一个程序运行暂停后，后面如何恢复到它以前执行的状态呢？

　　这个时候人们就发明了进程，用进程来对应一个程序，每一个进程对应必定的内存地址空间，而且只能使用它本身的内存空间，各个进程间互不干扰。而且进程保存了程序每一个时刻的运行状态，这样就为进程切换提供了可能。当进程暂时时，它会保存当前进程的状态（好比进程标识、进程的使用的资源等），在下一次从新切换回来时，便根据以前保存的状态进行恢复，而后继续执行。

　　这就是并发，可以让操做系统从宏观上看起来同一个时间段有多个任务在执行。换句话说，进程让操做系统的并发成为了可能。

　　注意，虽然并发从宏观上看有多个任务在执行，可是事实上，任一个具体的时刻，只有一个任务在占用CPU资源（固然是对于单核CPU来讲的）。

二.为何会出现线程？

　　在出现了进程以后，操做系统的性能获得了大大的提高。虽然进程的出现解决了操做系统的并发问题，可是人们仍然不知足，人们逐渐对实时性有了要求。由于一个进程在一个时间段内只能作一件事情，若是一个进程有多个子任务，只能逐个地去执行这些子任务。好比对于一个监控系统来讲，它不只要把图像数据显示在画面上，还要与服务端进行通讯获取图像数据，还要处理人们的交互操做。若是某一个时刻该系统正在与服务器通讯获取图像数据，而用户又在监控系统上点击了某个按钮，那么该系统就要等待获取完图像数据以后才能处理用户的操做，若是获取图像数据须要耗费10s，那么用户就只有一直在等待。显然，对于这样的系统，人们是没法知足的。

　　那么可不能够将这些子任务分开执行呢？即在系统获取图像数据的同时，若是用户点击了某个按钮，则会暂停获取图像数据，而先去响应用户的操做（由于用户的操做每每执行时间很短），在处理完用户操做以后，再继续获取图像数据。人们就发明了线程，让一个线程去执行一个子任务，这样一个进程就包括了多个线程，每一个线程负责一个独立的子任务，这样在用户点击按钮的时候，就能够暂停获取图像数据的线程，让UI线程响应用户的操做，响应完以后再切换回来，让获取图像的线程获得CPU资源。从而让用户感受系统是同时在作多件事情的，知足了用户对实时性的要求。

　　换句话说，进程让操做系统的并发性成为可能，而线程让进程的内部并发成为可能。

　　可是要注意，一个进程虽然包括多个线程，可是这些线程是共同享有进程占有的资源和地址空间的。进程是操做系统进行资源分配的基本单位，而线程是操做系统进行调度的基本单位。

三.多线程并发

　　因为多个线程是共同占有所属进程的资源和地址空间的，那么就会存在一个问题：

　　若是多个线程要同时访问某个资源，怎么处理？

　　这个问题就是后序文章中要重点讲述的同步问题。

　　那么可能有朋友会问，如今不少时候都采用多线程编程，那么是否是多线程的性能必定就因为单线程呢？

　　不必定，要看具体的任务以及计算机的配置。好比说：

　　对于单核CPU，若是是CPU密集型任务，如解压文件，多线程的性能反而不如单线程性能，由于解压文件须要一直占用CPU资源，若是采用多线程，线程切换致使的开销反而会让性能降低。

　　可是对于好比交互类型的任务，确定是须要使用多线程的、

　　而对于多核CPU，对于解压文件来讲，多线程确定优于单线程，由于多个线程可以更加充分利用每一个核的资源。

　　虽然多线程可以提高程序性能，可是相对于单线程来讲，它的编程要复杂地多，要考虑线程安全问题。所以，在实际编程过程当中，要根据实际状况具体选择。

　　关于进程和线程的由来，暂时就讲这么多了，感兴趣的朋友能够参考相关资料。