進(jìn)程與線程，你了解多少？
進(jìn)程與線程，在面試中經(jīng)常會(huì)被問(wèn)到，或者實(shí)際開(kāi)發(fā)中經(jīng)常遇到。那什么是進(jìn)程？什么是線程？你對(duì)他們了解有多少？
我們經(jīng)常會(huì)說(shuō)：
1、一個(gè)在內(nèi)存中運(yùn)行的應(yīng)用程序。每個(gè)進(jìn)程都有自己獨(dú)立的一塊內(nèi)存空間，一個(gè)進(jìn)程可以有多個(gè)線程。
2、進(jìn)程是資源分配的獨(dú)立單位，線程是資源調(diào)度的獨(dú)立單位。
進(jìn)程。下圖顯示了 4 個(gè)程序創(chuàng)建了 4 個(gè)進(jìn)程，這 4 個(gè)進(jìn)程可以并發(fā)地執(zhí)行。
線程。QQ 和瀏覽器是兩個(gè)進(jìn)程，瀏覽器進(jìn)程里面有很多線程，例如 HTTP 請(qǐng)求線程、事件響應(yīng)線程、渲染線程等等，線程的并發(fā)執(zhí)行使得在瀏覽器中點(diǎn)擊一個(gè)新鏈接從而發(fā)起 HTTP 請(qǐng)求時(shí)，瀏覽器還可以響應(yīng)用戶的其它事件。
如果僅僅回答到這里，可能一個(gè)大學(xué)畢業(yè)生就能這么回答，那我們是不是需要深入一下，再深入一下。
比如說(shuō)：
1、資源開(kāi)銷方面。線程和進(jìn)程的切換的資源開(kāi)銷情況怎么樣？
2、內(nèi)存分配方面。進(jìn)程/線程的內(nèi)存分配情況怎么樣？
3、影響程度方面。進(jìn)程/線程奔潰會(huì)造成什么樣的影響？
4、執(zhí)行過(guò)程方面。進(jìn)程/線程執(zhí)行過(guò)程是什么樣的？
5、我們沒(méi)有說(shuō)進(jìn)程之間是否可以通信？線程之間是否可以通信？如何可以通信的話，他們是怎么進(jìn)行通信的？
6、進(jìn)程同步又是什么？
一、資源開(kāi)銷
（1）每一個(gè)進(jìn)程都有獨(dú)立的代碼和內(nèi)存空間，多個(gè)進(jìn)程相互切換會(huì)消耗比較大的資源。
進(jìn)程切換如下圖：
說(shuō)明：
- 就緒狀態(tài)（ready）：等待被調(diào)度
- 運(yùn)行狀態(tài)（running）
- 阻塞狀態(tài)（waiting）：等待資源
如果再往下說(shuō)的話需要聊聊進(jìn)程調(diào)度算法，比如：先來(lái)先服務(wù)（FCFS），短作業(yè)優(yōu)先（SJF），最短剩余時(shí)間優(yōu)先，時(shí)間片輪轉(zhuǎn)，優(yōu)先級(jí)調(diào)度，多級(jí)反饋隊(duì)列等等。
（2）同一類線程共享代碼和內(nèi)存空間，每一個(gè)線程都有獨(dú)立的運(yùn)行棧和程序計(jì)數(shù)器，多個(gè)線程相互切換消耗比較小。
二、內(nèi)存分配
（1）進(jìn)程之間的地址空間和資源是相互獨(dú)立的。
（2）同一進(jìn)程的線程共享本進(jìn)程的地址空間和資源。
三、影響程度
（1）進(jìn)程一旦奔潰，只會(huì)影響到該進(jìn)程的程序奔潰，其他進(jìn)程不受影響。
（2）線程一旦奔潰，會(huì)影響到使用該線程的進(jìn)程都會(huì)受到影響。
（3）進(jìn)程要比線程要健壯。
四、執(zhí)行過(guò)程
（1）每一個(gè)進(jìn)程都有獨(dú)立的運(yùn)行入口，執(zhí)行順序，程序的出口，提供線程控制，進(jìn)程可以并發(fā)執(zhí)行。
（2）線程不能單獨(dú)運(yùn)行，必須依賴于進(jìn)程中執(zhí)行。線程可以并發(fā)執(zhí)行。
五、進(jìn)程之間的通信
（1）管道（PIPE）
有名管道：一種半雙工的通信方式，它允許無(wú)親緣關(guān)系進(jìn)程間的通信。
優(yōu)點(diǎn)：可以實(shí)現(xiàn)任意關(guān)系的進(jìn)程間的通信
缺點(diǎn)：
- 長(zhǎng)期存于系統(tǒng)中，使用不當(dāng)容易出錯(cuò)。
- 緩沖區(qū)有限。
無(wú)名管道：一種半雙工的通信方式，只能在具有親緣關(guān)系的進(jìn)程間使用（父子進(jìn)程）。
優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)單方便。
缺點(diǎn)：
- 局限于單向通信。
- 只能創(chuàng)建在它的進(jìn)程以及其有親緣關(guān)系的進(jìn)程之間。
- 緩沖區(qū)有限。
（2）信號(hào)量（Semaphore）：一個(gè)計(jì)數(shù)器，可以用來(lái)控制多個(gè)線程對(duì)共享資源的訪問(wèn)。
優(yōu)點(diǎn)：可以同步進(jìn)程。
缺點(diǎn)：信號(hào)量有限。
（3）信號(hào)（Signal）：一種比較復(fù)雜的通信方式，用于通知接收進(jìn)程某個(gè)事件已經(jīng)發(fā)生。
（4）消息隊(duì)列（Message Queue）：是消息的鏈表，存放在內(nèi)核中并由消息隊(duì)列標(biāo)識(shí)符標(biāo)識(shí)。
優(yōu)點(diǎn)：可以實(shí)現(xiàn)任意進(jìn)程間的通信，并通過(guò)系統(tǒng)調(diào)用函數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)消息發(fā)送和接收之間的同步，無(wú)需考慮同步問(wèn)題，方便。
缺點(diǎn)：信息的復(fù)制需要額外消耗 CPU 的時(shí)間，不適宜于信息量大或操作頻繁的場(chǎng)合。
（5）共享內(nèi)存（Shared Memory）：映射一段能被其他進(jìn)程所訪問(wèn)的內(nèi)存，這段共享內(nèi)存由一個(gè)進(jìn)程創(chuàng)建，但多個(gè)進(jìn)程都可以訪問(wèn)。
優(yōu)點(diǎn)：無(wú)須復(fù)制，快捷，信息量大。
缺點(diǎn)：1.通信是通過(guò)將共享空間緩沖區(qū)直接附加到進(jìn)程的虛擬地址空間中來(lái)實(shí)現(xiàn)的，因此進(jìn)程間的讀寫(xiě)操作的同步問(wèn)題2.利用內(nèi)存緩沖區(qū)直接交換信息，內(nèi)存的實(shí)體存在于計(jì)算機(jī)中，只能同一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的諸多進(jìn)程共享，不方便網(wǎng)絡(luò)通信。
（6）套接字（Socket）：可用于不同計(jì)算機(jī)間的進(jìn)程通信
優(yōu)點(diǎn)：
- 傳輸數(shù)據(jù)為字節(jié)級(jí)，傳輸數(shù)據(jù)可自定義，數(shù)據(jù)量小效率高。
- 傳輸數(shù)據(jù)時(shí)間短，性能高。
- 適合于客戶端和服務(wù)器端之間信息實(shí)時(shí)交互。
- 可以加密,數(shù)據(jù)安全性強(qiáng)。
缺點(diǎn)：需對(duì)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行解析，轉(zhuǎn)化成應(yīng)用級(jí)的數(shù)據(jù)。
六、線程之間的通信
（1）鎖機(jī)制：包括互斥鎖/量（mutex）、讀寫(xiě)鎖（reader-writer lock）、自旋鎖（spin lock）、條件變量（condition）。
- 互斥鎖/量（mutex）：提供了以排他方式防止數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)被并發(fā)修改的方法。
- 讀寫(xiě)鎖（reader-writer lock）：允許多個(gè)線程同時(shí)讀共享數(shù)據(jù)，而對(duì)寫(xiě)操作是互斥的。
- 自旋鎖（spin lock）與互斥鎖類似，都是為了保護(hù)共享資源?；コ怄i是當(dāng)資源被占用，申請(qǐng)者進(jìn)入睡眠狀態(tài)；而自旋鎖則循環(huán)檢測(cè)保持者是否已經(jīng)釋放鎖。
- 條件變量（condition）：可以以原子的方式阻塞進(jìn)程，直到某個(gè)特定條件為真為止。對(duì)條件的測(cè)試是在互斥鎖的保護(hù)下進(jìn)行的。條件變量始終與互斥鎖一起使用。
（2）信號(hào)量機(jī)制(Semaphore)。
- 無(wú)名線程信號(hào)量
- 命名線程信號(hào)量
（3）信號(hào)機(jī)制(Signal)：類似進(jìn)程間的信號(hào)處理。
（4）屏障（barrier）：屏障允許每個(gè)線程等待，直到所有的合作線程都達(dá)到某一點(diǎn)，然后從該點(diǎn)繼續(xù)執(zhí)行。
七、對(duì)比/優(yōu)劣/選擇
選擇
- 需要頻繁創(chuàng)建銷毀的優(yōu)先用線程。
- 需要進(jìn)行大量計(jì)算的優(yōu)先使用線程。
- 強(qiáng)相關(guān)的處理用線程，弱相關(guān)的處理用進(jìn)程。
- 可能要擴(kuò)展到多機(jī)分布的用進(jìn)程，多核分布的用線程。
- 都滿足需求的情況下，用你最熟悉、最拿手的方式就對(duì)了?。
