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java中多线程实现的两种思路(线程是什么)

时间2025-05-05 03:18:17分类IT科技浏览3309
导读:《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。...

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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