多线程【初阶】

操作系统

1.操作系统是一个“软件”，这是计算机中最重要也最复杂的软件之一。
2.操作系统一个“管理的软件”。
对下，要管理好各种硬件设备
对上，要给各种软件提供稳定的运行环境。

进程（process）

概念

.exe称为“可执行文件”，这些可执行文件都是静静在硬盘中的，在双击之前，这些文件不会对系统有任何的影响。
但是，一旦双击执行这些.exe文件，操作系统就会把exe给加载到内存中，并且让CPU开始执行这些这些exe内部的一些指令（exe里面就存了很多这个程序对应的二进制指令）
把这些运行起来的可执行文件，称为“进程”。

写的代码，最终目的是要跑起来，最终成为一些进程。对于Java代码来说，最终都是通过Java进程跑起来的（此处说的Java进程就是JVM）。

什么是线程？线程是进程的一个部分，进程包含线程，如果把进程想象成一个工厂，那么线程就是工厂中的生产线。

操作系统如何管理进程的

先描述一个进程

明确出一个进程上面的一些相关属性。
此处的描述其实就是C语言中的“结构体”。操作系统中描述进程的这个结构体称为“PCB”（进程控制块）

再组织若干个进程

使用一些数据结构，把很多描述进程的信息给放到一起，方便进行增删改查。
典型的实现就是使用双向链表把每个进程的PCB给串起来。（操作系统的种类是很多的，内部的实现各有不同，以Linux系统为例）。
所谓的“创建进程”，就是先创建出PCB，然后把PCB加载到双向链表中。
所谓的“销毁进程”，就是找到链表上的PCB，并且从链表上删除。
所谓的“查看任务管理器”，就是遍历链表。

PCB中的一些属性

1.pid(进程id)：进程的身份标识
2.内存指针：指明了这个进程要执行的代码/指令在内存的哪里，以及这个进程执行中依赖的数据在哪里。
3.文件描述符表：程序运行过程中，经常要和文件打交道（文件在硬盘上的）。【文件操作：打开文件/读、写文件/关闭文件】
进程每次打开一个文件，就会在文件描述符表上多增加一项。（这个文件描述符表可以视为一个数组，里面的每个元素又是一个结构体，就对应一个文件相关信息）

一个进程只要一启动，不管代码是否写了打开/操作文件的代码，都会默认的打开三个文件（系统自动打开）。
标准输入（Syste.in）
标准输出（System.out）
标准错误（System.err）

综上：要想让一个进程正常工作，就需要给这个进程分配一些系统资源，包括内存、硬盘、CPU

进程调度是怎样进行的

所谓的调度就是时间管理。
上面的属性是一些基本的属性，下面的属性，主要是为了能够实现进程调度。
进程调度：是理解进程管理的重要话题。现在的操作系统，一般都是“多任务操作系统”。（同一时刻，很多进程都在运行，此时，我的系统运行着画图板、idea、QQ等）

并行：微观上，两个CPU核心，同时执行两个任务的代码。
并发：微观上，一个CPU核心，执行一会任务1，执行一会任务2，执行一会任务3…在执行一会任务1，只要切换的足够快，宏观上看来，就好像这么多任务在同时执行一样。
并行和并发，只是微观上有区分，宏观上区分不了，微观上区分都是操作系统自行调度的结果。
正因为在宏观上区分不了并发和并行，所以在写代码的时候也就不具体的区分了，实际上同常使用“并发”指带并行+并发。只是在操作系统进程调度的时候稍作区分，但是其他场景上基本都使用并发作为一个统称来代替的。

1.状态
这个状态描述了当前这个进程接下来应该怎么调度。
就绪状态：随时可以去CPU上执行。
阻塞状态/睡眠状态：暂时不可以去CPU上执行。
2.优先级
先给谁分配时间，后给谁分配时间以及给谁分的时间多，给谁分的少。
3.记账信息
统计了每个进程，分别都执行了多久，分别都执行了哪些指令，分别都排队等了多久。
给进程调度提供调度依据。
4.上下文
就表示了上次进程被调度处CPU的时候，当时程序的执行状态，下次进程上CPU的时候，就可以恢复之前的状态，然后在往下继续执行。

进程被调度出CPU之前，要先把CPU中的所有的存储器中的数据给保存到内存中（PCB的上下文字段中），相当于存档了。
下次进程在被调度上CPU的时候，就可以从刚才的内存中恢复这些数据到寄存器中，相当于读档了。

上下文也可以理解为"存档+读档" ：例如玩游戏的时候，要去上课，这个时候存档，回来之后读档，就可以接着上次的继续玩。存档存储的游戏信息就是“上下文”。

进程调度，其实就是操作系统在考虑CPU资源如何给各个进程分配。

内存资源如何分配的

1.操作系统上同时运行着很多个进程，如果某个进程出现了Bug,进程崩溃了，是否会影响到其他进程的？现代操作系统（Windows、Linux、Mac）是不会的，能够做到这一点，就是“进程的独立性”来保证的，就依仗了“虚拟地址空间”。
2.进程之间现在通过虚拟地址空间，已经各自隔离开了，但是在实际工作中，进程之间有的时候还是需要相互交互的。

类似的，两个进程之间，也是隔离开的，也是不能直接交互的，操作系统也提供了类似的“公共空间”，进程A把数据放到公共空间，进程B取走，这种方式成为“进程间通信”。

• 操作系统中，提供的“公共空间”有很多种，并且各有特点，有的存储空间大，有的小，有的速度快，有的速度慢，操作系统中提供了多种这样的进程间通信机制。现在最主要使用的进程间通信方式有文件操作、网络操作。

线程

为什么要有进程，因为系统支持多任务，我们也就需要“并发编程”，通过多进程，是完全可以实现并发编程的，但是有问题。如果需要频繁的创建/销毁进程，成本较高，如果需要频繁的调度进程，成本也比较高。
创建进程就得分配资源（分配内存、分配文件），销毁进程也得释放资源（释放内存、释放文件），对于资源的申请和释放，本身就是一个比较低效的操作。
比如：我现在要去配一个电脑，然后老板列了一个配置单，然后老板得去找这些配置（去仓库里了找），就得去仓库的很多很多货里找到合适的配件。

那么如何解决这个问题？
1.进程池。进程池虽然能解决上述问题，提高效率，同时也有问题，池子里闲置 的进程，不使用的时候也在消耗系统资源，消耗的系统资源太多了。
2.使用线程来实现并发编程。
线程比进程更轻量，每个进程可以执行一个任务，每个线程也能执行一个任务（执行一段代码），也能够并发编程。
创建线程的成本比创建进程要低很多。
销毁线程的成本比销毁进程要低很多。
调度线程的成本比调度进程要低很多。

在Linux上也把线程称为轻量级进程

为什么线程比进程更轻量？
进程重量是重在资源的申请释放，线程是包含在进程中的，一个进程中的多个线程，共用同一份资源（同一份内存+文件）。
只是创建进程中的第一个线程的时候（由于要分配资源），成本相对较高，后序这个进程中在创建其他线程，这个时候成本都会更低一些，不必再分配资源了。

举例：
把进程比作一个工厂，假设此工厂要生产一万部手机。要想提高效率
（1）使用两个工厂（相当于多创建了一个进程）
（2）还是一个工厂，在工厂里多加一条生产线，两个生产线并行进行（相当于创建了一个线程）
那么，增加生产线肯定比增加工厂的成本低。

多加一些线程，是否效率进一步会提高呢？
会，但不一定。如果线程多了，这些线程可能要竞争同一个资源，此时，整体的速度就收到了限制。
比如：生产好的手机要装车拉走，只有一个装车点，第一条生产线生产完成后要进行装车，第二条生产线生产好后要装车时是无法进行装车的，卡车被第一条生产线占用着。

进程与线程的区别和联系

1.进程包含线程。一个进程里可以有一个线程，也可以有多个线程。
2.进程和线程都是为了处理并发编程这样的场景。
但是进程有问题，频繁创建和释放的时候效率低，相比之下，线程更轻量，创建和释放效率更高（为什么更轻量？少了申请释放资源的过程）
3.操作系统创建进程，要给进程分配资源。进程是操作系统分配资源的基本单位。操作系统创建的线程，要在CPU上调度执行，线程是操作系统调度执行的基本单位。（上面说的进程调度，更准确的说，其实是调度的线程。每个进程里有一个线程，可以视为在调度进程，如果进程里有多个线程，严格来说，其实是以线程为单位进行调度。）
4.进程具有独立性，每个进程有各自的虚拟地址空间，一个进程挂了，不会影响到其他进程。同一个进程中的多个线程，共用一个内存空间，一个线程挂了，可能影响到其他线程，甚至导致整个进程崩溃。