JavaEE初阶 & 进程与线程初步认识

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哈！抓住你了
别走啦啦啦啦啦啦~

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JavaEE初阶 & 进程与线程初步认识

1. 操作系统简单认识

操作系统简称OS（“operating system”）

• 其实就是一类软件，主流的有：Windows，Android， iOS…

1. 对硬件，很好的管理
2. 对软件，提供良好且稳定的运行环境

• 可见，操作系统是硬软联系的必由之路~

• 而我要讲的其实是它与我们密切相关的功能模块，进程管理

2. 进程（process）

2.1 进程概念

• 我觉得英文更能表达这个词的含义~
• process表示任务的运行过程~
• 我们常见的【.exe】文件，这是一个可执行程序
  • 我们只要双击一下，在系统之中就开启了一个进程~

• 双击~

• 打开任务管理器（登录后~）
  • 开始页面就是搜到~

• 这些就是此时电脑的一些进程~

2.2 进程管理

• 进程很多，当然就需要管理~

1. 描述进程：
   • 使用结构体/类，把进程的属性信息表示出来
2. 组织进程：
   • 使用一些数据结构，将结构体/对象，放到一起~

为什么说结构体呢，因为操作系统底层就是由C/C++这种偏底层的语言写的，而这类语言适合进行多进程开发~

• 不代表偏高层就不适合多进程，比如python多进程的API也是做得很好的~

2.2.1 结构体有哪些属性呢？（部分）

PCB（process control block）

• 在硬件圈子里就是个板子
• 在软件里，就是个结构体

1. pid，进程的id，进程的身份标识（唯一）
2. 内存指针，即当前进程使用的内存是在内存条的哪一部分
   • 描述进程使用了哪些内存资源
3. 文件描述符表，硬件存储的数据，一般以文件形式整理的
   • 进程每次打开一个文件，就有一个文件描述符，那么打开很多文件，就有一组文件描述符。构成一个顺序表：文件描述符表~
   • 描述进程使用了哪些硬盘资源

• 根据冯诺依曼体系结构，操作系统的重要作用就是“联系”
• 而进程的这个结构体的这些属性，在联系的时候，尤为重要

• 进程的运行需要通过操作系统，申请资源
  • 内存，硬盘，CPU等…
• 所以进程就是操作系统进行资源分配的基本单位~

2.2.2 CPU

中央处理器（Central Processing Unit，简称CPU）

• 程序的运行，离不开CPU~
• 程序，相当于一组“二进制指令”的集合~
  • QQ.exe为例

• 可以看到，一大堆二进制数，这些就是可以被CPU执行的二进制指令~

• 查看你得电脑的CPU
  • 在任务管理器就能看到~

• CPU有一个概念，核心数
• 我的是12个内核，16个逻辑处理器
  • 16（逻辑）核心~
  • 即十二个打工仔，逻辑上干了十六个人的活
  • 另一个说法：12核16线程~
• 为什么不是2的n次方呢
  • 内核分大小核，大核一个顶俩~
• 而核心数都远小于进程数（上好几百），那么这些“打工仔”，怎么处理这么多进程的~
  • 当然，一些超级CPU（服务器CPU）核心数会很多~
• 而且，我们平时的体验知道，这些进程都是同时运行的~
  • 那么，我们就要谈谈CPU的核心，是如何打工的~

2.2.3 CPU的核心们，是如何打工的？

1. 并行

• 同一时刻，两个核心，同时进行两个线程

2. ※ 并发

• 一个核心，先执行进程1，再执行进程2…
• 只要速度够快，肉眼感知不到，就认为是这些进程”同时“进行的~

• 所以，这些CPU打工仔，就是通过并发 + 并行的方式来完成的~

2.2.4 CPU打工仔们，如何有条不紊工作的

• 重点重点重点：进程调度~

1. 进程状态：
   • 就绪态：进程时刻准备着，随时可以执行
     • 这个就绪态，其实进程就是在运行中
     • 只不过肉眼看不出它的间隔时期
     • 所以也可以说“时时刻刻就绪”，“时时刻刻运行”
   • 阻塞态：进程暂时无法执行

• 重点就是规划时间表，规划他们什么时候处于什么状态~

2. 进程优先级：

   • 进程的调度可能并不“公平”，即进程优先级调度~
   • 谁先执行，谁后执行，谁更重要，谁时间空间占比多~

3. 进程的上下文：

   • 即，当前进程执行情况的“存档”
   • 进程在离开CPU的时候，“存档”。下次回来的时候，“恢复”，继续执行。
     • 比如关闭QQ，再重新执行的时候，可以继续之前的工作~
   • 当然，每个进程都是独立的上下文，不然就信息错乱了。

• 这里的“文”指的是，CPU内部一大堆寄存器的值~

  • 寄存器就是个“中介”
  • 报错当前进程的“中间结果”
  • 包括进程现在处在哪条指令~

• 另外，PCB有一个上下文字段

  • “存档”：这些寄存器的值就存放在里面~
  • “读档”：“恢复”的时候，就是把PCB此字段的值还给寄存器

4. 进程的记账信息
   • 统计每个进程，在CPU上执行了多久~
   • 这个记账信息作为调度的参考依据
     • 一些进程对应数据不太好，就进行调度的调整~

2.2.5 PCB在操作系统中的存储

• 在操作系统中其实就是一个双向链表
  1. 创建一个进程，就是多了一个节点
  2. 删除一个进程，就是删除节点
  3. 遍历一个进程，就是遍历链表

3. 内存分配

内存管理（Memory Manage）

• 操作系统分配的内存地址，都是“虚拟地址空间”，跟字面意思一样，每个进程访问的内存地址，不是真实的物理的内存地址
  

• 如果直接访问内存，挑战“进程之间的稳定性”

  • 即野指针等…

• 这样设计，每个进程就只能访问自己的虚拟内存地址，而这个独立的空间，通过页表翻译，会被操作系统映射到对应的物理内存空间上~

  • 即使虚拟地址是一样的，但是被页表翻译也会发生不同的映射

• 进程的”世界“，就这有那一部分虚拟内存空间！

  • 世界观也仅限于此~

• 自然也不可能影响别的进程的”世界“

  • 出现越界访问，页表无法翻译，直接报错给你个机灵~

  • 这有就不会给真实的物理内存空间有所影响~

• 大大提升了操作系统的“稳定性”！

  • 通过“隔离性”

4. 进程间通信

进程间通信（Inter Process Communication）

• 有的时候，进程之间要进行交互与配合~

1. 如果进程没有“隔离性”，那么就进程1直接在进程2的物理内存上，进行修改咯~，这样子做，不好！

2. 进程间通信，本质上就是在“隔离性”前提下，找一个公共区域，让两个进程借助这个公共区域，进行数据交换，即“交互和配合”

   • 当然，这个区域不是“虚拟内存地址”，虚拟内存地址不是公共的~
   • 就相当于，外卖小哥送外卖和我在敲代码是两个线程，我点了外卖，小哥并不是直接过来宿舍喂我，而是放在学校外卖栏这个公共区域，而我去这个公共区域拿外卖吃~

3. 就相当于，操作系统妥协了，虽然进程间必须具有“隔离性”，但是要进行交互，就必须“开一个小口子”~

• 操作系统在进程通信上有很多实现方式
  • 如，管道，消息队列，共享内存，信号…
  • 本质就是“开小口子”去进行进程间交互~

5. 线程与进程

• 多进程和多线程编程都能满足“并发编程”的需求~

• 进行这些编程，就需要有对应“API”

• Java是特别鼓励多线程编程的~

  • 为什么Java几乎没有多进程编程呢？
  • 这个原因是个主观原因
  • 制作jdk的大佬们，加入很多多线程API，而多进程几乎没有。
  • 而C/C++，就有很多多进程API~

5.1 进程与线程的浅浅区别

• 进程，是比较有重量的

  • 创建线程销毁进程，成本高~
  • 调度进程，成本也高~
  • 因为“隔离性”，资源分配，内存规模的比较大，通信…
  • 多进程解决多并发

• 引入线程概念，是一个更轻量的进程，即轻量级进程

  • 就是在一个进程里，开发出多条线程
  • 这些线程共用同一份空间，同一进程不同线程没有“隔离性“
  • 就相当于，你要搞一个企业，在一栋楼里，开多个房间给打工仔们工作，还是多建一栋楼~
    • 前者耗时少，成本低，员工交互容易~

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文章到此结束！谢谢观看 ！
可以叫我 小马，我可能写的不好或者有错误，但是一起加油鸭！

后续会有几篇关联博客，进程与线程的区别、多线程编程…

敬请期待吧~

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