进程线程、同步异步、阻塞非阻塞、并发并行

基本概念

1 进程和线程

进程(Process):

是Windows系统中的一个基本概念,它包含着一个运行程序所需要的资源。一个正在运行的应用程序在操作系统中被视为一个进程,进程可以包括一个或多个线程。线程是操作系统分配处理器时间的基本单元,在进程中可以有多个线程同时执行代码。进程之间是相对独立的,一个进程无法访问另一个进程的数据(除非利用分布式计算方式),一个进程运行的失败也不会影响其他进程的运行,Windows系统就是利用进程把工作划分为多个独立的区域的。进程可以理解为一个程序的基本边界。是应用程序的一个运行例程,是应用程序的一次动态执行过程。

线程(Thread):

是进程中的基本执行单元,是操作系统分配CPU时间的基本单位,一个进程可以包含若干个线程,在进程入口执行的第一个线程被视为这个进程的主线程。在.NET应用程序中,都是以Main()方法作为入口的,当调用此方法时系统就会自动创建一个主线程。线程主要是由CPU寄存器、调用栈和线程本地存储器(Thread Local Storage,TLS)组成的。CPU寄存器主要记录当前所执行线程的状态,调用栈主要用于维护线程所调用到的内存与数据,TLS主要用于存放线程的状态信息。

进程和线程的区别

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。

2 同步(Sync)和异步(Async)

同步:

所谓同步,就是发出一个功能调用时,在没有得到结果之前,该调用就不返回或继续执行后续操作。

简单来说,同步就是必须一件一件事做,等前一件做完了才能做下一件事。

例如:B/S模式中的表单提交,具体过程是:客户端提交请求->等待服务器处理->处理完毕返回,在这个过程中客户端(浏览器)不能做其他事。

异步:

异步与同步相对,当一个异步过程调用发出后,调用者在没有得到结果之前,就可以继续执行后续操作。当这个调用完成后,一般通过状态、通知和回调来通知调用者。对于异步调用,调用的返回并不受调用者控制。

对于通知调用者的三种方式,具体如下:

状态

即监听被调用者的状态(轮询),调用者需要每隔一定时间检查一次,效率会很低。

通知

当被调用者执行完成后,发出通知告知调用者,无需消耗太多性能。

回调

与通知类似,当被调用者执行完成后,会调用调用者提供的回调函数。

例如:B/S模式中的ajax请求,具体过程是:客户端发出ajax请求->服务端处理->处理完毕执行客户端回调,在客户端(浏览器)发出请求后,仍然可以做其他的事。

同步和异步的区别:

总结来说,同步和异步的区别:请求发出后,是否需要等待结果,才能继续执行其他操作。

3 阻塞和非阻塞

阻塞和非阻塞这两个概念与程序(线程)等待消息通知(无所谓同步或者异步)时的状态有关。也就是说阻塞与非阻塞主要是程序(线程)等待消息通知时的状态角度来说的。

阻塞和非阻塞关注的是程序在等待调用结果(消息,返回值)时的状态.

阻塞调用是指调用结果返回之前,当前线程会被挂起。调用线程只有在得到结果之后才会返回。

非阻塞调用指在不能立刻得到结果之前,该调用不会阻塞当前线程。

4 并发并行

并发:在操作系统中,是指一个时间段中有几个程序都处于已启动运行到运行完毕之间,且这几个程序都是在同一个处理机上运行,但任一个时刻点上只有一个程序在处理机上运行。当有多个线程在操作时,如果系统只有一个CPU,则它根本不可能真正同时进行一个以上的线程,它只能把CPU运行时间划分成若干个时间段,再将时间 段分配给各个线程执行,在一个时间段的线程代码运行时,其它线程处于挂起状。.这种方式我们称之为并发(Concurrent)。

并行:当系统有一个以上CPU时,则线程的操作有可能非并发。当一个CPU执行一个线程时,另一个CPU可以执行另一个线程,两个线程互不抢占CPU资源,可以同时进行,这种方式我们称之为并行(Parallel)

并发和并行的区别:

你吃饭吃到一半,电话来了,你一直到吃完了以后才去接,这就说明你不支持并发也不支持并行。

你吃饭吃到一半,电话来了,你停了下来接了电话,接完后继续吃饭,这说明你支持并发。

你吃饭吃到一半,电话来了,你一边打电话一边吃饭,这说明你支持并行。

并发的关键是你有处理多个任务的能力,不一定要同时。并行的关键是你有同时处理多个任务的能力。

所以我认为它们最关键的点就是:是否是『同时』。

二 异步和多线程区别?(原理篇)

1 异步和多线程有什么区别?

其实,异步是目的,而多线程是实现这个目的的方法。异步是说,A发起一个操作后(一般都是比较耗时的操作,如果不耗时的操作就没有必要异步了),可以继续自顾自的处理它自己的事儿,不用干等着这个耗时操作返回。

2  多线程和异步操作的异同

多线程和异步操作两者都可以达到避免调用线程阻塞的目的,从而提高软件的可响应性。甚至有些时候我们就认为多线程和异步操作是等同的概念。但是,多线程和异步操作还是有一些区别的。而这些区别造成了使用多线程和异步操作的时机的区别。

3 异步操作的本质

所有的程序最终都会由计算机硬件来执行,所以为了更好的理解异步操作的本质,我们有必要了解一下它的硬件基础。 熟悉电脑硬件的朋友肯定对DMA这个词不陌生,硬盘、光驱的技术规格中都有明确DMA的模式指标,其实网卡、声卡、显卡也是有DMA功能的。DMA就是直 接内存访问的意思,也就是说,拥有DMA功能的硬件在和内存进行数据交换的时候可以不消耗CPU资源。只要CPU在发起数据传输时发送一个指令,硬件就开 始自己和内存交换数据,在传输完成之后硬件会触发一个中断来通知操作完成。这些无须消耗CPU时间的I/O操作正是异步操作的硬件基础。所以即使在DOS 这样的单进程(而且无线程概念)系统中也同样可以发起异步的DMA操作。

4 线程的本质

线程不是一个计算机硬件的功能,而是操作系统提供的一种逻辑功能,线程本质上是进程中一段并发运行的代码,所以线程需要操作系统投入CPU资源来运行和调度。

5 异步操作的优缺点

因为异步操作无须额外的线程负担,并且使用回调的方式进行处理,在设计良好的情况下,处理函数可以不必使用共享变量(即使无法完全不用,最起码可以减少 共享变量的数量),减少了死锁的可能。当然异步操作也并非完美无暇。编写异步操作的复杂程度较高,程序主要使用回调方式进行处理,与普通人的思维方式有些 初入,而且难以调试。

6 多线程的优缺点

多线程的优点很明显,线程中的处理程序依然是顺序执行,符合普通人的思维习惯,所以编程简单。但是多线程的缺点也同样明显,线程的使用(滥用)会给系统带来上下文切换的额外负担。并且线程间的共享变量可能造成死锁的出现。

异步与多线程,从辩证关系上来看,异步和多线程并不时一个同等关系,异步是目的,多线程只是我们实现异步的一个手段.什么是异步:异步是当一个调用请求发送给被调用者,而调用者不用等待其结果的返回.实现异步可以采用多线程技术或则交给另外的进程来处理

三 异步,多线程和并行的区别?(故事篇)

非专业人员,就用非专业的语言解释下吧,比喻不够贴切,但大概是那么个意思,

先听我讲一个故事:

那还是10年前,还没有12306的年代,大家买票只能去火车站买。因为大家都要过年回家,都还不想等,火车站只有一个,窗口只有那么多,头疼啊。更头疼的是,排到窗口的那个人,各种挑剔,不要贵的,不要晚上的,不要站票......跟售票员各种墨迹,后面的人更加着急,一个个义愤填膺,骂爹骂娘。

现在假设整个城市就只有1个火车,1个售票员,每个乘客咨询售票员后需要思考1分钟再决定买哪趟车的票。

1.异步:在买票的人咨询后,需要思考1分钟,马上靠边站,但不用重新排队,什么时候想清楚可以立马去跟售票员去买票。在该人站在旁边思考的时候,后面的人赶紧上去接着买。这时候队伍是很快的挪动的,没有阻塞,售票员的最大化的效率。

2.多线程:火车站开n个窗口(但还是只有一个人售票),外面同时排n个队,售票员回答咨询者问题后,立马马上去下个窗口,然后继续轮换到下个窗口.....哪个窗口的人决定好了,售票员立马过去买给他。这个时候乘客比较简单,但万一那个队伍有人思考半天纠结,后面的人就悲剧了。

3.并行:复制n个火车站,同时卖票,买票能力大大增强。大家也可以哪个火车站人少,就去那个买票。

可见:在只有一个火车站,且只有一个售票员的情况下,卖完一个再卖一个就会导致资源浪费,效率低下,队伍卡死,很难往前挪动。1,2优化的办法都解决了队伍不动,售票率低下的问题。但增加火车站,增加窗口,增加售票员才是好办法。

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