进程 VS 线程（javaEE篇）

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前言

本篇博客将讲述进程调度的基本过程，熟悉进程与线程之间的关系，掌握并理解进程以及线程更深层的含义

什么是进程/任务（Process/Task）

通俗的来讲：即电脑里运行的可执行文件

进程是操作系统对⼀个正在运行的程序的⼀种抽象

也可以理解为，可以把进程看做程序的⼀次运行过程；

同时，在操作系统内部，进程⼜是操作系统进行资源分配的基本单位。

如何管理进程

想知道如何管理进程，首先就要了解其预备知识，

即进程控制块（Process Control Block），就是PCB

PCB的相关属性：

pid:进程的id，即进程标识符

内存指针：指向进程执行所需要的指令位置（在内存中）

文件描述符表：记录打开的文件，用于跟踪进程打开的所有文件和I/O资源。每个进程都有一个文件描述符表，它是一个数组，其中每个元素都是一个文件描述符，这些文件描述符是整数，用于标识进程打开的文件和其他I/O资源（如管道、套接字等）。

管理进程的过程

1. 创建进程

系统调用：操作系统提供系统调用（如fork、exec）用于创建新进程。fork创建一个当前进程的副本，exec用新的程序替换当前进程的内存空间。
进程控制块（PCB）：创建进程时，操作系统会初始化一个进程控制块（PCB），其中包含进程的状态、程序计数器、寄存器、内存管理信息、I/O状态信息等。

2. 进程调度

调度算法：操作系统使用调度算法决定哪个进程获得CPU时间。常见调度算法包括先来先服务（FCFS）、短作业优先（SJF）、优先级调度、轮转调度（RR）等。
上下文切换：当调度器选择一个新进程运行时，操作系统会进行上下文切换，保存当前进程的状态并加载新进程的状态。

3. 进程同步

信号量和互斥锁：用于解决进程间的同步问题，防止多个进程同时访问共享资源导致数据不一致。信号量可以实现复杂的同步机制，互斥锁用于保护临界区。
条件变量：结合互斥锁使用，使线程能够等待某个条件成立，再继续执行。

4. 进程通信

管道（Pipe）：用于在父子进程间通信，数据以字节流的形式在进程间传递。
消息队列：允许进程通过消息的形式进行通信，支持复杂的消息传递机制。
共享内存：多个进程可以直接访问同一块内存，实现高速数据共享。
信号：用于通知进程某个事件的发生，如定时器到期、中断等。

如上所述，进程是操作系统进行资源分配的最小单位，这意味着各个进程互相之间是无法感受到对方存在的，这就是操作系统抽象出进程这⼀概念的初衷

这样便带来了进程之间互相具备”隔离性（Isolation)"。

5. 进程终止

正常终止：进程完成任务后，自行终止，调用exit系统调用。
异常终止：进程发生错误或收到某个信号（如SIGKILL）被强制终止。
父进程等待：父进程可以调用wait或waitpid等待子进程终止，并获取其退出状态。

进程调度的基本过程

并行+并发的模式，支持多任务，简单来说，进程调度就是CPU如何给不同的进程分配资源的问题

与下面的一些属性有着密不可分的联系

状态

就绪状态：随时可以在CPU上执行

阻塞/等待状态：无法在CPU上执行，需等待其它进程执行完毕

优先级：允许谁的进程先执行，时间上的顺序，涉及到一些进程调度算法

上下文：

保存当前进程状态：操作系统保存当前正在运行的进程的状态（如寄存器值、程序计数器等）到该进程的PCB中。
加载新进程状态：从被选中的新进程的PCB中恢复该进程的状态，使其能够继续执行之前暂停的操作。
切换内核栈和内存映射：必要时，切换内核栈和内存映射，以确保新进程能够正确访问其内存空间和资源。

记账信息：记录系统资源分配的多少，以及进程调度的时间和内容

接下来简单地讨论一下线程是什么

什么是线程

⼀个线程就是⼀个"执行流".每个线程之间都可以按照顺序执行自己的代码.多个线程之间"同时"执行着多份代码. 线程是现代操作系统中一个基本的执行单元。它是一个轻量级的进程，也称为轻量级进程（Lightweight Process, LWP）。一个进程可以包含一个或多个线程，它们共享进程的资源（如内存、文件描述符等），但每个线程都有自己独立的运行栈、程序计数器和寄存器。线程的引入主要是为了提高程序的并发性和性能。

我们知道，频繁地创建和销毁进程会导致开销非常大

要想解决这个问题，我们可以使用以下两个方法：

进程池：

预先创建一定数量的进程，并将这些进程保留在一个池中，以便在需要执行并发任务时可以重复使用这些进程

轻量级的进程---线程：

由于线程共享进程资源的特性，可以降低开销，实现并发编程

进程和线程的简单例子

这里我们举一个简单的例子来分辨一下进程和线程：

进程

想象一个餐馆有多个独立的厨房，每个厨房是一个进程。每个厨房有自己独立的设备、食材和厨师队伍。不同厨房之间互不干扰，每个厨房独立处理各自的订单。

独立资源：每个厨房有自己独立的炉灶、锅碗瓢盆和食材储备。厨房之间不能直接共享资源（需要特殊安排，如外送食材）。
独立运行：每个厨房独立接单和处理订单，即使一个厨房出现问题（如火灾），不会直接影响其他厨房的正常运行。
开销大：每个厨房需要配备完整的设备和人员，所以开设和维持多个厨房的成本较高。

线程

现在想象一个餐馆有一个大厨房，厨房里有多个工作台，每个工作台是一个线程。工作台共享整个厨房的资源（如炉灶、冰箱、食材等），但是每个工作台由不同的厨师处理不同的订单。

共享资源：所有工作台共享同一个厨房的资源，厨师们可以直接使用公共资源（如冰箱里的食材、灶台等）。
协作运行：如果一个工作台需要等待某个资源（如锅），其他工作台仍然可以继续工作，但需要协调和避免争抢资源（如使用不同的时间段）。
开销小：所有工作台共享一个厨房的资源和设备，新增一个工作台的成本较低。

进程和线程的区别和联系

区别
进程是包含线程的.每个进程⾄少有⼀个线程存在，即主线程。
进程和进程之间不共享内存空间.同⼀个进程的线程之间共享同⼀个内存空间. 比如每个客户来银行办理各自的业务，但他们之间的票据肯定是不想让别⼈知道的，否则钱不就被其他⼈取⾛了么。⽽上⾯我们的公司业务中，张三、李四、王五虽然是不同的执行流，但因为办理的都是⼀家公司的业务，所以票据是共享着的。这个就是多线程和多进程的最⼤区别。
进程是系统分配资源的最小单位，线程是系统调度的最小单位。
⼀个进程挂了⼀般不会影响到其他进程.但是⼀个线程挂了,可能把同进程内的其他线程⼀起带走(整个进程崩溃).

更具体的一些区别如下：

资源管理