java中多线程实现的两种思路(线程是什么)
《进程是什么》一节讲到 ,为了提高 CPU 的利用率 ,便于分配和回收计算机软 、硬件资源 ,多任务操作系统引入了“进程 ”这个概念 。
多任务操作系统中 ,执行的每个任务(程序)都是一个进程 。借助进程调度程序 ,操作系统可以同时执行多个进程(又称并发执行) ,每个进程使用的计算机资源都由操作系统负责分配和回收 。因此 ,您可以这样理解进程 ,它是多任务操作系统分配和回收计算机资源的基本单位 。
注意 ,虽然多任务操作系统支持多个进程并发执行,但实际场景中 ,某些并发执行的任务并不适合用多进程的方式实现 。例如实现一个可接收多个用户访问请求的 Web 服务器 ,为了避免用户等待的时间过长,Web 服务器需要并发地处理不同用户发来的请求 。
这种情况下 ,如果以多进程的方式实现该服务器 ,即为每个用户单独建立一个进程,会产生以下问题:
每创建一个进程 ,都需要占用较多的内存空间 。随着访问服务器的用户数量越多 ,创建的进程数量就越多 ,可用的内存空间就越少; 进程的上下文切换是一个复杂的过程 ,需要消耗大量的系统资源 。因此 ,创建的进程越多 ,系统所做的进程上下文切换的次数就越多 ,消耗的资源就越多 ,最终导致服务器可以处理的用户请求数量越少 。
为了更高效率地解决此类问题 ,操作系统在“进程 ”的基础上,又引入了“线程”这个概念。
什么是线程
线程是进程的一部分 ,又称轻量级进程 ,它可以执行所属进程中的部分或者全部代码 。
进程是操作系统分配和回收计算机资源的基本单位,而真正负责执行程序的是进程中的线程 。一个进程至少拥有 1 个线程(又称单线程进程) ,也可以拥有多个线程 ,每个线程负责执行不同的任务(又称为多线程进程)。
进程中的每个线程,都拥有自己的程序计数器 、寄存器 、和堆栈 ,它们的功能分别是:
程序计数器(Counter):跟踪要执行的下一条指令; 寄存器(Register):临时存储当前执行的指令需要使用的数据; 堆栈(Stack):简称栈 ,可以存储函数相互调用的过程以及期间用到的数据(例如形式参数 、局部变量等) 。下图为您展示了单线程进程和多线程进程的内部结构:
其中 ,Data 表示进程的数据区 ,Files 表示已打开的一些文件资源 ,它们为整个进程所有 ,即所有线程共享这些资源 。
和每个进程都对应有一个进程控制块(PCB)类似 ,每个线程也对应有自己的线程控制块(简称 TCB)。TCB 中记录的线程状态数据要比 PCB 少得多 。因此创建一个线程消耗的系统资源更少 ,线程上下文切换的效率更高 。
线程的类型
线程的类型有 2 种 ,分别为用户级线程和系统级线程 。
1) 用户级线程所谓用户级线程,即由用户自己建立的线程 ,此类线程的管理工作全部由用户自己完成 ,操作系统只负责管理进程 。
为了便于用户管理和使用线程,操作系统提供有一个供用户使用的线程库 ,借助它 ,用户可以轻松实现对线程的创建 、调度和销毁操作 。此外,线程库还提供有线程间通信 ,线程上下文切换等功能 。
注意 ,用户级线程的上下文切换 ,仅限于进行线程间的调度 ,而不会影响 CPU 调度(进程调度) 。
2) 系统级线程系统级线程指的是由操作系统负责管理的线程 。操作系统会提供给用户一个调用接口(API) ,从而使用户可以创建 、执行以及销毁线程 。
操作系统在负责管理进程调度的同时 ,还负责管理系统级线程的调度工作。对于同一进程中的多个线程 ,操作系统可以将其调度到一个 CPU 上并发执行 ,也可以将其调度到多个 CPU 上并发执行 。
对于多用户级线程的进程来说 ,操作系统只会为该进程分配一个 CPU 。
系统级线程上下文切换的效率不如用户级线程,但仍比进程上下文切换的效率高。
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