Java的進程和線程是怎么來的

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一.操作系統中為什么會出現進程？

說起進程的由來，我們需要從操作系統的發展歷史談起。

也許在今天，我們無法想象在很多年以前計算機是什么樣子。我們現在可以用計算機來做很多事情：辦公、娛樂、上網，但是在計算機剛出現的時候，是為了解決數學計算的問題，因為很多大量的計算通過人力去完成是很耗時間和人力成本的。

在最初的時候，計算機只能接受一些特定的指令，用戶輸入一個指令，計算機就做一個操作。當用戶在思考或者輸入數據時，計算機就在等待。顯然這樣效率和很低下，因為很多時候，計算機處于等待用戶輸入的狀態。

那么能不能把一系列需要操作的指令預先寫下來，形成一個清單，然后一次性交給計算機，計算機不斷地去讀取指令來進行相應的操作？就這樣，批處理操作系統誕生了。用戶可以將需要執行的多個程序寫在磁帶上，然后交由計算機去讀取并逐個地執行這些程序，并將輸出結果寫到另一個磁帶上。

雖然批處理操作系統的誕生極大地提高了任務處理的便捷性，但是仍然存在一個很大的問題：

假如有兩個任務A和B，任務A在執行到一半的過程中，需要讀取大量的數據輸入（I/O操作），而此時CPU只能靜靜地等待任務A讀取完數據才能繼續執行，這樣就白白浪費了CPU資源。人們于是想，能否在任務A讀取數據的過程中，讓任務B去執行，當任務A讀取完數據之后，讓任務B暫停，然后讓任務A繼續執行？

但是這樣就有一個問題，原來每次都是一個程序在計算機里面運行，也就說內存中始終只有一個程序的運行數據。而如果想要任務A執行I/O操作的時候，讓任務B去執行，必然內存中要裝入多個程序，那么如何處理呢？多個程序使用的數據如何進行辨別呢？并且當一個程序運行暫停后，后面如何恢復到它之前執行的狀態呢？

這個時候人們就發明了進程，用進程來對應一個程序，每個進程對應一定的內存地址空間，并且只能使用它自己的內存空間，各個進程間互不干擾。并且進程保存了程序每個時刻的運行狀態，這樣就為進程切換提供了可能。當進程暫時時，它會保存當前進程的狀態（比如進程標識、進程的使用的資源等），在下一次重新切換回來時，便根據之前保存的狀態進行恢復，然后繼續執行。

這就是并發，能夠讓操作系統從宏觀上看起來同一個時間段有多個任務在執行。換句話說，進程讓操作系統的并發成為了可能。

注意，雖然并發從宏觀上看有多個任務在執行，但是事實上，任一個具體的時刻，只有一個任務在占用CPU資源（當然是對于單核CPU來說的）。

二.為什么會出現線程？

在出現了進程之后，操作系統的性能得到了大大的提升。雖然進程的出現解決了操作系統的并發問題，但是人們仍然不滿足，人們逐漸對實時性有了要求。因為一個進程在一個時間段內只能做一件事情，如果一個進程有多個子任務，只能逐個地去執行這些子任務。

比如對于一個監控系統來說，它不僅要把圖像數據顯示在畫面上，還要與服務端進行通信獲取圖像數據，還要處理人們的交互操作。如果某一個時刻該系統正在與服務器通信獲取圖像數據，而用戶又在監控系統上點擊了某個按鈕，那么該系統就要等待獲取完圖像數據之后才能處理用戶的操作，如果獲取圖像數據需要耗費10s，那么用戶就只有一直在等待。顯然，對于這樣的系統，人們是無法滿足的。

那么可不可以將這些子任務分開執行呢？即在系統獲取圖像數據的同時，如果用戶點擊了某個按鈕，則會暫停獲取圖像數據，而先去響應用戶的操作（因為用戶的操作往往執行時間很短），在處理完用戶操作之后，再繼續獲取圖像數據。

人們就發明了線程，讓一個線程去執行一個子任務，這樣一個進程就包括了多個線程，每個線程負責一個獨立的子任務，這樣在用戶點擊按鈕的時候，就可以暫停獲取圖像數據的線程，讓UI線程響應用戶的操作，響應完之后再切換回來，讓獲取圖像的線程得到CPU資源。從而讓用戶感覺系統是同時在做多件事情的，滿足了用戶對實時性的要求。

換句話說，進程讓操作系統的并發性成為可能，而線程讓進程的內部并發成為可能。

但是要注意，一個進程雖然包括多個線程，但是這些線程是共同享有進程占有的資源和地址空間的。進程是操作系統進行資源分配的基本單位，而線程是操作系統進行調度的基本單位。

三.多線程并發

由于多個線程是共同占有所屬進程的資源和地址空間的，那么就會存在一個問題：

如果多個線程要同時訪問某個資源，怎么處理？

這個問題就是后序文章中要重點講述的同步問題。

那么可能有朋友會問，現在很多時候都采用多線程編程，那么是不是多線程的性能一定就由于單線程呢？

不一定，要看具體的任務以及計算機的配置。比如說：

對于單核CPU，如果是CPU密集型任務，如解壓文件，多線程的性能反而不如單線程性能，因為解壓文件需要一直占用CPU資源，如果采用多線程，線程切換導致的開銷反而會讓性能下降。

但是對于比如交互類型的任務，肯定是需要使用多線程的、

而對于多核CPU，對于解壓文件來說，多線程肯定優于單線程，因為多個線程能夠更加充分利用每個核的資源。

雖然多線程能夠提升程序性能，但是相對于單線程來說，它的編程要復雜地多，要考慮線程安全問題。因此，在實際編程過程中，要根據實際情況具體選擇。

到此，關于“Java的進程和線程是怎么來的”的學習就結束了，希望能夠解決大家的疑惑。理論與實踐的搭配能更好的幫助大家學習，快去試試吧！若想繼續學習更多相關知識，請繼續關注億速云網站，小編會繼續努力為大家帶來更多實用的文章！