java并发编程(一)线程与进程

一、进程

进程(Process)是计算机中的程序关于某数据集合上的一次运行活动,是系统进行资源分配和调度的基本单位,是操作系统结构的基础。

  • 在早期面向进程设计的计算机结构中,进程是程序的基本执行实体。
  • 在当代面向线程设计的计算机结构中,进程是线程的容器。

程序是指令、数据及其组织形式的描述,进程是程序的实体

1.1 进程切换

进程从硬盘读取我们的程序代码,这个时候是比较费时的,CPU不会阻塞在这里等着,而是切换到其他进程,当数据加载完成时,CPU会收到个中断,继续执行这个请求。

对于单核CPU而言,短时间内会执行多个进程,造成并行的错觉,实际可以理解为是并发的操作。

1.2 内核态与用户态

进程分为用户进程内核进程两种。

为了安全,用户进程是受限的,它不能随意访问资源、获取资源。所以,由内核进程负责管理和分配资源,它具有最高权限,而用户进程使用被分配的资源。且,操作系统必须能够在有需要的时候能立即切换回内核进程(通过中断),只有这样,操作系统才能有安全感。

1.3 用户态向内核态切换

1、发生系统调用时

2、产生异常时

3、外设产生中断时

这里不做过多解释了,感兴趣同学自行学习linux原理。

二、线程

线程(英语:thread)是操作系统能够进行运算调度的最小单位。

它被包含在进程之中,是进程中的实际运作单位。一条线程指的是进程中一个单一顺序的控制流,一个进程中可以并发多个线程,每条线程并行执行不同的任务。

2.1 进程与线程的关系

1、一个进程中可以同时存在多个线程;

2、各个线程之间可以并发执行;

3、各个线程之间可以共享当前线程中的地址空间和文件等资源;

4、线程是调度的基本单位,而进程则是资源拥有的基本单位;

5、当进程只有一个线程时,可以认为进程就等于线程;

2.2 线程内存模型

1) 在看线程内存模型之前,我们首先看下计算机的硬件内存模型。


硬件内存模型

寄存器:寄存器部件,包括通用寄存器、专用寄存器和控制寄存器。通用寄存器又可分定点数和浮点数两类,它们用来保存指令执行过程中临时存放的寄存器操作数和中间(或最终)的操作结果。 通用寄存器是中央处理器的重要部件之一。

高速多级缓存:用于解决CPU核心与内存的速度差异问题,CPU核心速度快,内存相比要慢很多,而缓存要比内存速度快。

缓存协议:多级缓存的引入在多核CPU时代导致了缓存不一致的问题,这里需要引入MESI协议缓存解决这一问题,保证缓存中的信息与内存中的信息一致。MESI协议缓存这里不做讲解。

2)下一步我们看下java内存模型与线程模型的关系

java程序的一次编写到处运行如何体现的?

jvm内存模型屏蔽了不同硬件的内存模型。jvm内存模型规定,所有的变量都存储在jvm主内存中,即堆内存,这里指可共享的变量(new出来的实例化对象,数组等)。这里提出主内存与工作内存的概念,每个线程有自己的工作内存,保存自己私有的变量,线程从主内存获取变量的副本作为自己的私有变量,不允许直接操作主内存的变量。线程的工作内存也是独立的,无法操作其他线程的变量。

jvm线程内存关系图

3)硬件内存模型与jvm内存模型的关系
如下图所示,jvm内存模型和硬件内存模型相似,但并不完全相同。但是jvm的数据大部分会存储到硬件主内存中,部分会存储到寄存器或缓存中,这里只做简单说明。

硬件内存模型与jvm内存模型关系
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