关于进程和线程的理解

  我是一名刚刚步入JAVA开发行业的实习生，经历过多个公司的面试，基本都有问到这些问题。经过网上查找资料，自己总结了一些观点，其中也有一些参照前辈的经验和心得。

  关于进程和线程，首先要先理解它们的概念：进程，是并发执行的程序在执行过程中分配和管理资源的基本单位，是一个动态概念，竟争计算机系统资源的基本单位。每一个进程都有一个自己的地址空间，即进程空间或（虚空间）。进程空间的大小 只与处理机的位数有关，一个 16 位长处理机的进程空间大小为 216 ，而 32 位处理机的进程空间大小为 232 。进程至少有 5 种基本状态，它们是：初始态，执行态，等待状态，就绪状态，终止状态。线程，有时被称为轻量级进程(Lightweight Process，LWP)，是程序执行流的最小单元。一个标准的线程由线程ID，当前指令指针(PC)，寄存器集合和堆栈组成。另外，线程是进程中的一个实体，是被系统独立调度和分派的基本单位，线程自己不拥有系统资源，只拥有一点在运行中必不可少的资源，但它可与同属一个进程的其它线程共享进程所拥有的全部资源。一个线程可以创建和撤消另一个线程，同一进程中的多个线程之间可以并发执行。由于线程之间的相互制约，致使线程在运行中呈现出间断性。每一个程序都至少有一个线程，那就是程序本身。线程是程序中一个单一的顺序控制流程。  在单个程序中同时运行多个线程完成不同的工作，称为多线程。所以说在实际开发中不管是JAVA还是其他语言都只存在线程的。

  把一个进程看成是一个独立的程序，在内存中有其完备的数据空间和代码空间。一个进程所拥有的数据和变量只属于它自己。

  线程则是某一进程中一路单独运行的程序，也就是说，线程存在与进程之中。一个进程由一个或多个线程构成，各线程共享相同的代码和全局数据，但各有其自己的堆栈。由于堆栈是每个线程一个，所以局部变量对每一个线程来说是私有的。由于所有线程共享同样的代码和全局数据，他们比进程更紧密，比单独的进程间更趋向于相互作用，线程间的相互作用更容易些，因为他们本身就有某些通信的共享内存：进程的全局数据。

  一个进程和一个线程最显著的区别：线程有自己的全局数据，线程存在与进程中，因此一个进程的全局变量由所有的线程共享。由于线程共享同样的系统区域，操作系统分配给一个进程的资源对该进程的所有线程都是可用的，正如全局数据可供所有线程使用一样。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。而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。

    线程给我们带来的好处：如果能合理地使用线程，将会减少开发和维护成本，甚至可以改善复杂应用程序的性能。如在GUI应用程序中，还以通过线程的异步特性来更好地处理事件；在应用服务器程序中可以通过建立多个线程来处理客户端的请求。线程甚至还可以简化虚拟机的实现，如Java虚拟机（JVM）的垃圾回收器（garbage collector）通常运行在一个或多个线程中。因此，使用线程将会从以下五个方面来改善我们的应用程序：

  1. 充分利用CPU资源

  现在世界上大多数计算机只有一块CPU.因此，充分利用CPU资源显得尤为重要。当执行单线程程序时，由于在程序发生阻塞时CPU可能会处于空闲状态。这将造成大量的计算资源的浪费。而在程序中使用多线程可以在某一个线程处于休眠或阻塞时，而CPU又恰好处于空闲状态时来运行其他的线程。这样CPU就很难有空闲的时候。因此，CPU资源就得到了充分地利用。

  2. 简化编程模型
  如果程序只完成一项任务，那只要写一个单线程的程序，并且按着执行这个任务的步骤编写代码即可。但要完成多项任务，如果还使用单线程的话，那就得在在程序中判断每项任务是否应该执行以及什么时候执行。如显示一个时钟的时、分、秒三个指针。使用单线程就得在循环中逐一判断这三个指针的转动时间和角度。如果使用三个线程分另来处理这三个指针的显示，那么对于每个线程来说就是指行一个单独的任务。这样有助于开发人员对程序的理解和维护。

  3. 简化异步事件的处理
  当一个服务器应用程序在接收不同的客户端连接时最简单地处理方法就是为每一个客户端连接建立一个线程。然后监听线程仍然负责监听来自客户端的请求。如果这种应用程序采用单线程来处理，当监听线程接收到一个客户端请求后，开始读取客户端发来的数据，在读完数据后，read方法处于阻塞状态，也就是说，这个线程将无法再监听客户端请求了。而要想在单线程中处理多个客户端请求，就必须使用非阻塞的Socket连接和异步I/O.但使用异步I/O方式比使用同步I/O更难以控制，也更容易出错。因此，使用多线程和同步I/O可以更容易地处理类似于多请求的异步事件。

 4. 使GUI更有效率
  使用单线程来处理GUI事件时，必须使用循环来对随时可能发生的GUI事件进行扫描，在循环内部除了扫描GUI事件外，还得来执行其他的程序代码。如果这些代码太长，那么GUI事件就会被“冻结”，直到这些代码被执行完为止。
    在现代的GUI框架（如SWING、AWT和SWT）中都使用了一个单独的事件分派线程（event dispatch thread，EDT）来对GUI事件进行扫描。当我们按下一个按钮时，按钮的单击事件函数会在这个事件分派线程中被调用。由于EDT的任务只是对GUI事件进行扫描，因此，这种方式对事件的反映是非常快的。
    5. 节约成本
  提高程序的执行效率一般有三种方法：
    （1）增加计算机的CPU个数。
    （2）为一个程序启动多个进程
    （3）在程序中使用多进程。
    第一种方法是最容易做到的，但同时也是最昂贵的。这种方法不需要修改程序，从理论上说，任何程序都可以使用这种方法来提高执行效率。第二种方法虽然不用购买新的硬件，但这种方式不容易共享数据，如果这个程序要完成的任务需要必须要共享数据的话，这种方式就不太方便，而且启动多个线程会消耗大量的系统资源。第三种方法恰好弥补了第一种方法的缺点，而又继承了它们的优点。也就是说，既不需要购买CPU，也不会因为启太多的线程而占用大量的系统资源（在默认情况下，一个线程所占的内存空间要远比一个进程所占的内存空间小得多），并且多线程可以模拟多块CPU的运行方式，因此，使用多线程是提高程序执行效率的最廉价的方式。