认识多任务、多进程、单线程、多线程

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要认识多线程就要从操作系统的原理说起。

以前古老的DOS操作系统(V 6.22)是单任务的,还没有线程的概念,系统在每次只能做一件事情。比如你在copy东西的时候不能rename文件名。为了提高系统的利用效率,采用批处理来批量执行任务。

现在的操作系统都是多任务操作系统,每个运行的任务就是操作系统所做的一件事情,比如你在听歌的同时还在用MSN和好友聊天。听歌和聊天就是两个任务,这个两个任务是“同时”进行的。一个任务一般对应一个进程,也可能包含好几个进程。比如运行的MSN就对应一个MSN的进程,如果你用的是windows系统,你就可以在任务管理器中看到操作系统正在运行的进程信息。

一般来说,当运行一个应用程序的时候,就启动了一个进程,当然有些会启动多个进程。启动进程的时候,操作系统会为进程分配资源,其中最主要的资源是内存空间,因为程序是在内存中运行的。在进程中,有些程序流程块是可以乱序执行的,并且这个代码块可以同时被多次执行。实际上,这样的代码块就是线程体。线程是进程中乱序执行的代码流程。当多个线程同时运行的时候,这样的执行模式成为并发执行。

多线程的目的是为了最大限度的利用CPU资源。

Java编写程序都运行在在Java虚拟机(JVM)中,在JVM的内部,程序的多任务是通过线程来实现的。每用java命令启动一个java应用程序,就会启动一个JVM进程。在同一个JVM进程中,有且只有一个进程,就是它自己。在这个JVM环境中,所有程序代码的运行都是以线程来运行。

一般常见的Java应用程序都是单线程的。比如,用java命令运行一个最简单的HelloWorld的Java应用程序时,就启动了一个JVM进程,JVM找到程序程序的入口点main(),然后运行main()方法,这样就产生了一个线程,这个线程称之为主线程。当main方法结束后,主线程运行完成。JVM进程也随即退出 。

对于一个进程中的多个线程来说,多个线程共享进程的内存块,当有新的线程产生的时候,操作系统不分配新的内存,而是让新线程共享原有的进程块的内存。因此,线程间的通信很容易,速度也很快。不同的进程因为处于不同的内存块,因此进程之间的通信相对困难。

实际上,操作的系统的多进程实现了多任务并发执行,程序的多线程实现了进程的并发执行。多任务、多进程多线程的前提都是要求操作系统提供多任务、多进程、多线程的支持。

在Java程序中,JVM负责线程的调度。线程调度是值按照特定的机制为多个线程分配CPU的使用权。
调度的模式有两种:分时调度和抢占式调度。分时调度是所有线程轮流获得CPU使用权,并平均分配每个线程占用CPU的时间;抢占式调度是根据线程的优先级别来获取CPU的使用权。JVM的线程调度模式采用了抢占式模式。

所谓的“并发执行”、“同时”其实都不是真正意义上的“同时”。众所周知,CPU都有个时钟频率,表示每秒中能执行cpu指令的次数。在每个时钟周期内,CPU实际上只能去执行一条(也有可能多条)指令。操作系统将进程线程进行管理,轮流(没有固定的顺序)分配每个进程很短的一段是时间(不一定是均分),然后在每个线程内部,程序代码自己处理该进程内部线程的时间分配,多个线程之间相互的切换去执行,这个切换时间也是非常短的。因此多任务、多进程、多线程都是操作系统给人的一种宏观感受,从微观角度看,程序的运行是异步执行的。

用一句话做总结:虽然操作系统是多线程的,但CPU每一时刻只能做一件事,和人的大脑是一样的


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2020.03.24 评论已经全局关闭,有事加QQ聊天