进程与线程的一个简单解释
2015-10-09 21:40
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进程(process)和线程(thread)是操作系统的基本概念,但是它们比较抽象,不容易掌握。
最近,我读到一篇材料,发现有一个很好的类比,可以把它们解释地清晰易懂。
1.
计算机的核心是CPU,它承担了所有的计算任务。它就像一座工厂,时刻在运行。
2.
假定工厂的电力有限,一次只能供给一个车间使用。也就是说,一个车间开工的时候,其他车间都必须停工。背后的含义就是,单个CPU一次只能运行一个任务。
3.
进程就好比工厂的车间,它代表CPU所能处理的单个任务。任一时刻,CPU总是运行一个进程,其他进程处于非运行状态。
4.
一个车间里,可以有很多工人。他们协同完成一个任务。
5.
线程就好比车间里的工人。一个进程可以包括多个线程。
6.
车间的空间是工人们共享的,比如许多房间是每个工人都可以进出的。这象征一个进程的内存空间是共享的,每个线程都可以使用这些共享内存。
7.
可是,每间房间的大小不同,有些房间最多只能容纳一个人,比如厕所。里面有人的时候,其他人就不能进去了。这代表一个线程使用某些共享内存时,其他线程必须等它结束,才能使用这一块内存。
8.
一个防止他人进入的简单方法,就是门口加一把锁。先到的人锁上门,后到的人看到上锁,就在门口排队,等锁打开再进去。这就叫"互斥锁"(Mutual
exclusion,缩写 Mutex),防止多个线程同时读写某一块内存区域。
9.
还有些房间,可以同时容纳n个人,比如厨房。也就是说,如果人数大于n,多出来的人只能在外面等着。这好比某些内存区域,只能供给固定数目的线程使用。
10.
这时的解决方法,就是在门口挂n把钥匙。进去的人就取一把钥匙,出来时再把钥匙挂回原处。后到的人发现钥匙架空了,就知道必须在门口排队等着了。这种做法叫做"信号量"(Semaphore),用来保证多个线程不会互相冲突。
不难看出,mutex是semaphore的一种特殊情况(n=1时)。也就是说,完全可以用后者替代前者。但是,因为mutex较为简单,且效率高,所以在必须保证资源独占的情况下,还是采用这种设计。
11.
操作系统的设计,因此可以归结为三点:
(1)以多进程形式,允许多个任务同时运行;
(2)以多线程形式,允许单个任务分成不同的部分运行;
(3)提供协调机制,一方面防止进程之间和线程之间产生冲突,另一方面允许进程之间和线程之间共享资源。
例:Linux 多线程编程: 子线程循环 10 次,接着主线程循环 100 次,接着又回到子线程循环 10 次,接着再回到主线程又循环 100 次,如此循环50次,试写出代码
思路:两个线程要参照同一个变量,即这两个线程的代码要共享数据,所以,把这两个线程的执行代码搬到同一个类中去。定义一个类,写两个人有同步方法(方法加上synchronized关键字)即子线程和主线程,方法里有一个标记位,用来控制哪一个线程执行,如果不应该那个线程走,就this.wait(),并在方法最后this.notify(),然后在main方法中的子线程中调用新创建类中的子线程方法,再调用新创建类中的主线程方法。
Linux 多线程编程: 子线程循环 10 次,接着主线程循环 100 次,接着又回到子线程循环 10
次,接着再回到主线程又循环 100 次,如此循环50次,试写出代码
public
class ThreadDemo3 {
public static void main(String[] args) {
final OperationOnMainAndSub o = new OperationOnMainAndSub();
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
for(int i = 0; i < 100; i++) {
o.sub();
}
}
}).start();
for(int i = 0; i < 100; i++) {
o.main();
}
}
}
class OperationOnMainAndSub{
private boolean flag = true;
public synchronized void main() {
if(flag) {
try {
this.wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
for(int i = 0; i < 100; i++) {
System.out.println("主线程:" + i);
}
this.flag = true;
this.notify();
}
public synchronized void sub() {
if(!flag) {
try {
this.wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
for(int i = 0; i < 10; i++) {
System.out.println("==============子线程:" + i);
}
this.flag = false;
this.notify();
}
}
public class ThreadTest {
/**
* @param args
*/
public static void main(String[] args) {
// TODO Auto-generated method stub
new ThreadTest().init();
}
public void init()
{
final Business business = new Business();
new Thread(
new Runnable()
{
public void run() {
for(int i=0;i<50;i++)
{
business.SubThread(i);
}
}
}
).start();
for(int i=0;i<50;i++)
{
business.MainThread(i);
}
}
private class Business
{
boolean bShouldSub = true;//这里相当于定义了控制该谁执行的一个信号灯
public synchronized void MainThread(int i)
{
if(bShouldSub)
try {
this.wait();
} catch (InterruptedException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
for(int j=0;j<5;j++)
{
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":i=" + i +",j=" + j);
}
bShouldSub = true;
this.notify();
}
public synchronized void SubThread(int i)
{
if(!bShouldSub)
try {
this.wait();
} catch (InterruptedException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
for(int j=0;j<10;j++)
{
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":i=" + i +",j=" + j);
}
bShouldSub = false;
this.notify();
}
}
}
Linux 多线程编程: 子线程循环 10 次,接着主线程循环 100 次,接着又回到子线程循环 10 次,接着再回到主线程又循环 100 次,如此循环50次,试写出代码
最近,我读到一篇材料,发现有一个很好的类比,可以把它们解释地清晰易懂。
1.
计算机的核心是CPU,它承担了所有的计算任务。它就像一座工厂,时刻在运行。
2.
假定工厂的电力有限,一次只能供给一个车间使用。也就是说,一个车间开工的时候,其他车间都必须停工。背后的含义就是,单个CPU一次只能运行一个任务。
3.
进程就好比工厂的车间,它代表CPU所能处理的单个任务。任一时刻,CPU总是运行一个进程,其他进程处于非运行状态。
4.
一个车间里,可以有很多工人。他们协同完成一个任务。
5.
线程就好比车间里的工人。一个进程可以包括多个线程。
6.
车间的空间是工人们共享的,比如许多房间是每个工人都可以进出的。这象征一个进程的内存空间是共享的,每个线程都可以使用这些共享内存。
7.
可是,每间房间的大小不同,有些房间最多只能容纳一个人,比如厕所。里面有人的时候,其他人就不能进去了。这代表一个线程使用某些共享内存时,其他线程必须等它结束,才能使用这一块内存。
8.
一个防止他人进入的简单方法,就是门口加一把锁。先到的人锁上门,后到的人看到上锁,就在门口排队,等锁打开再进去。这就叫"互斥锁"(Mutual
exclusion,缩写 Mutex),防止多个线程同时读写某一块内存区域。
9.
还有些房间,可以同时容纳n个人,比如厨房。也就是说,如果人数大于n,多出来的人只能在外面等着。这好比某些内存区域,只能供给固定数目的线程使用。
10.
这时的解决方法,就是在门口挂n把钥匙。进去的人就取一把钥匙,出来时再把钥匙挂回原处。后到的人发现钥匙架空了,就知道必须在门口排队等着了。这种做法叫做"信号量"(Semaphore),用来保证多个线程不会互相冲突。
不难看出,mutex是semaphore的一种特殊情况(n=1时)。也就是说,完全可以用后者替代前者。但是,因为mutex较为简单,且效率高,所以在必须保证资源独占的情况下,还是采用这种设计。
11.
操作系统的设计,因此可以归结为三点:
(1)以多进程形式,允许多个任务同时运行;
(2)以多线程形式,允许单个任务分成不同的部分运行;
(3)提供协调机制,一方面防止进程之间和线程之间产生冲突,另一方面允许进程之间和线程之间共享资源。
例:Linux 多线程编程: 子线程循环 10 次,接着主线程循环 100 次,接着又回到子线程循环 10 次,接着再回到主线程又循环 100 次,如此循环50次,试写出代码
思路:两个线程要参照同一个变量,即这两个线程的代码要共享数据,所以,把这两个线程的执行代码搬到同一个类中去。定义一个类,写两个人有同步方法(方法加上synchronized关键字)即子线程和主线程,方法里有一个标记位,用来控制哪一个线程执行,如果不应该那个线程走,就this.wait(),并在方法最后this.notify(),然后在main方法中的子线程中调用新创建类中的子线程方法,再调用新创建类中的主线程方法。
Linux 多线程编程: 子线程循环 10 次,接着主线程循环 100 次,接着又回到子线程循环 10
次,接着再回到主线程又循环 100 次,如此循环50次,试写出代码
public
class ThreadDemo3 {
public static void main(String[] args) {
final OperationOnMainAndSub o = new OperationOnMainAndSub();
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
for(int i = 0; i < 100; i++) {
o.sub();
}
}
}).start();
for(int i = 0; i < 100; i++) {
o.main();
}
}
}
class OperationOnMainAndSub{
private boolean flag = true;
public synchronized void main() {
if(flag) {
try {
this.wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
for(int i = 0; i < 100; i++) {
System.out.println("主线程:" + i);
}
this.flag = true;
this.notify();
}
public synchronized void sub() {
if(!flag) {
try {
this.wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
for(int i = 0; i < 10; i++) {
System.out.println("==============子线程:" + i);
}
this.flag = false;
this.notify();
}
}
public class ThreadTest {
/**
* @param args
*/
public static void main(String[] args) {
// TODO Auto-generated method stub
new ThreadTest().init();
}
public void init()
{
final Business business = new Business();
new Thread(
new Runnable()
{
public void run() {
for(int i=0;i<50;i++)
{
business.SubThread(i);
}
}
}
).start();
for(int i=0;i<50;i++)
{
business.MainThread(i);
}
}
private class Business
{
boolean bShouldSub = true;//这里相当于定义了控制该谁执行的一个信号灯
public synchronized void MainThread(int i)
{
if(bShouldSub)
try {
this.wait();
} catch (InterruptedException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
for(int j=0;j<5;j++)
{
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":i=" + i +",j=" + j);
}
bShouldSub = true;
this.notify();
}
public synchronized void SubThread(int i)
{
if(!bShouldSub)
try {
this.wait();
} catch (InterruptedException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
for(int j=0;j<10;j++)
{
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":i=" + i +",j=" + j);
}
bShouldSub = false;
this.notify();
}
}
}
Linux 多线程编程: 子线程循环 10 次,接着主线程循环 100 次,接着又回到子线程循环 10 次,接着再回到主线程又循环 100 次,如此循环50次,试写出代码
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