进程与线程的选择与比较

关于多进程和多线程，教科书上最经典的一句话是“进程是资源分配的最小单位，线程是CPU调度的最小单位”，这句话应付考试基本上够了，但如果在工作中遇到类似的选择问题，那就没有这么简单了，选的不好，会让你深受其害。

 

进程拥有一个完整的虚拟地址空间，不依赖于线程而独立存在；反之，线程是进程的一部分，没有自己的地址空间，与进程内的其他线程一起共享分配给该进程的所有资源。

1.定义

进程是具有一定独立功能的程序关于某个数据集合上的一次运行活动,进程是系统进行资源分配和调度的一个独立单位.

线程是进程的一个实体,是CPU调度和分派的基本单位,它是比进程更小的能独立运行的基本单位.线程自己基本上不拥有系统资源,只拥有一点在运行中必不可少的资源(如程序计数器,一组寄存器和栈),但是它可与同属一个进程的其他的线程共享进程所拥有的全部资源.

2.关系

一个线程可以创建和撤销另一个线程;同一个进程中的多个线程之间可以并发执行.

相对进程而言，线程是一个更加接近于执行体的概念，它可以与同进程中的其他线程共享数据，但拥有自己的栈空间，拥有独立的执行序列。

3.区别

进程和线程的主要差别在于它们是不同的操作系统资源管理方式。进程有独立的地址空间，一个进程崩溃后，在保护模式下不会对其它进程产生影响，而线程只是一个进程中的不同执行路径。线程有自己的堆栈和局部变量，但线程之间没有单独的地址空间，一个线程死掉就等于整个进程死掉，所以多进程的程序要比多线程的程序健壮，但在进程切换时，耗费资源较大，效率要差一些。但对于一些要求同时进行并且又要共享某些变量的并发操作，只能用线程，不能用进程。

1) 简而言之,一个程序至少有一个进程,一个进程至少有一个线程.

2) 线程的划分尺度小于进程，使得多线程程序的并发性高。

3) 另外，进程在执行过程中拥有独立的内存单元，而多个线程共享内存，从而极大地提高了程序的运行效率。

4) 线程在执行过程中与进程还是有区别的。每个独立的线程有一个程序运行的入口、顺序执行序列和程序的出口。但是线程不能够独立执行，必须依存在应用程序中，由应用程序提供多个线程执行控制。

5) 从逻辑角度来看，多线程的意义在于一个应用程序中，有多个执行部分可以同时执行。但操作系统并没有将多个线程看做多个独立的应用，来实现进程的调度和管理以及资源分配。这就是进程和线程的重要区别。

4.优缺点

线程和进程在使用上各有优缺点：线程执行开销小，但不利于资源的管理和保护；而进程正相反。同时，线程适合于在SMP机器上运行，而进程则可以跨机器迁移。

经常在网络上看到有的XDJM问“多进程好还是多线程好？”、“Linux下用多进程还是多线程？”等等期望一劳永逸的问题，我只能说：没有最好，只有更好。根据实际情况来判断，哪个更加合适就是哪个好。

 

我们按照多个不同的维度，来看看多线程和多进程的对比（注：因为是感性的比较，因此都是相对的，不是说一个好得不得了，另外一个差的无法忍受）。

 

对比维度

多进程

多线程

总结

数据共享、同步

数据共享复杂，需要用IPC；数据是分开的，同步简单

因为共享进程数据，数据共享简单，但也是因为这个原因导致同步复杂

各有优势

内存、CPU

占用内存多，切换复杂，CPU利用率低

占用内存少，切换简单，CPU利用率高

线程占优

创建销毁、切换

创建销毁、切换复杂，速度慢

创建销毁、切换简单，速度很快

线程占优

编程、调试

编程简单，调试简单

编程复杂，调试复杂

进程占优

可靠性

进程间不会互相影响

一个线程挂掉将导致整个进程挂掉

进程占优

分布式

适应于多核、多机分布式；如果一台机器不够，扩展到多台机器比较简单

适应于多核分布式

进程占优

 

看起来比较简单，优势对比上是“线程 3.5 v 2.5 进程”，我们只管选线程就是了？

 

呵呵，有这么简单我就不用在这里浪费口舌了，还是那句话，没有绝对的好与坏，只有哪个更加合适的问题。我们来看实际应用中究竟如何判断更加合适。

1）需要频繁创建销毁的优先用线程

原因请看上面的对比。

这种原则最常见的应用就是Web服务器了，来一个连接建立一个线程，断了就销毁线程，要是用进程，创建和销毁的代价是很难承受的

2）需要进行大量计算的优先使用线程

所谓大量计算，当然就是要耗费很多CPU，切换频繁了，这种情况下线程是最合适的。

这种原则最常见的是图像处理、算法处理。

3）强相关的处理用线程，弱相关的处理用进程

什么叫强相关、弱相关？理论上很难定义，给个简单的例子就明白了。

一般的Server需 要完成如下任务：消息收发、消息处理。“消息收发”和“消息处理”就是弱相关的任务，而“消息处理”里面可能又分为“消息解码”、“业务处理”，这两个任 务相对来说相关性就要强多了。因此“消息收发”和“消息处理”可以分进程设计，“消息解码”、“业务处理”可以分线程设计。

当然这种划分方式不是一成不变的，也可以根据实际情况进行调整。

4）可能要扩展到多机分布的用进程，多核分布的用线程

原因请看上面对比。

5）都满足需求的情况下，用你最熟悉、最拿手的方式

至于“数据共享、同步”、“编程、调试”、“可靠性”这几个维度的所谓的“复杂、简单”应该怎么取舍，我只能说：没有明确的选择方法。但我可以告诉你一个选择原则：如果多进程和多线程都能够满足要求，那么选择你最熟悉、最拿手的那个。

 

需要提醒的是：虽然我给了这么多的选择原则，但实际应用中基本上都是“进程+线程”的结合方式，千万不要真的陷入一种非此即彼的误区。

 

 

 

1、多进程与多线程的简单比较

1. 多进程

优点：内存隔离，单个进程的异常不会导致整个应用的崩溃。方便测试，编程简单。

    缺点：进程间调用，通讯和切换均比多线程大，耗资源。

使用场所：目标子动能交互少，如果资源和性能许可，可以设计由多个子应用程序来组合完成目的。

1. 多线程 

优点：提高系统的并行性，并且开销小。数据共享方便（不需要进程间的通信）

缺点：没有内存隔离，单个现成的崩溃会导致整个应用程序的退出，发生采内存等bug时，定位及其不方便。编程复杂；调试困难；线程执行的随机性可能导致逻辑混乱，甚至发生死锁现象；

使用场所：在存在大量IO，网络等耗时操作，或者需要和用户交互时，使用多线程有利于提高系统的并行性和用户界面快速响应从而提高友好性。

2、设计时应注意的事项

1. 尽量避免长驻内存的进程，例如那些很少用到的功能，或周期性很长（10分钟以上），

把它们的功能提取出来，做成一个小的应用程序。需要的时候再把它们拉起来（如通过crontab配置，或直接system）。

1. 把目标设计成子功能系统的组合可用提高重用的易用性和维护性。

把目标根据功能划分不同的子系统，子系统间遵循特定的协议（文本或XML），由通讯联系起来，协作完成目标。

典型的案例就是UNIX或LINUX的工具使用。如：$ cat veglist fruitlist | sort > clist，用cat打开文件，协议是字符流，通过管道（通讯手段）传给sort进行排序，把排序的结果流重定向到文件中。这种自由组合协作风格应用思想和编程思路也是吸引众多UNIX拥护者的原因之一吧。

     在软件设计中，选择多进程还是多线程还跟很多因素有关，例如对数据实时处理的性能要求、对健壮性和安全性要求、是否要求跨平台（包括操作系统和数据库）及是否需要分布部署。因此，在设计中应充分考虑各种因素以求做到最大利用系统资源。