线程和进程的区别

作者:zhonyong
链接:https://www.zhihu.com/question/25532384/answer/81152571
来源:知乎
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首先来一句概括的总论:进程和线程都是一个时间段的描述,是CPU工作时间段的描述。下面细说背景:CPU+RAM+各种资源(比如显卡,光驱,键盘,GPS, 等等外设)构成我们的电脑,但是电脑的运行,实际就是CPU和相关寄存器以及RAM之间的事情。一个最最基础的事实:CPU太快,太快,太快了,寄存器仅仅能够追的上他的脚步,RAM和别的挂在各总线上的设备完全是望其项背。那当多个任务要执行的时候怎么办呢?轮流着来?或者谁优先级高谁来?不管怎么样的策略,一句话就是在CPU看来就是轮流着来。一个必须知道的事实:执行一段程序代码,实现一个功能的过程介绍 ,当得到CPU的时候,相关的资源必须也已经就位,就是显卡啊,GPS啊什么的必须就位,然后CPU开始执行。这里除了CPU以外所有的就构成了这个程序的执行环境,也就是我们所定义的程序上下文。当这个程序执行完了,或者分配给他的CPU执行时间用完了,那它就要被切换出去,等待下一次CPU的临幸。在被切换出去的最后一步工作就是保存程序上下文,因为这个是下次他被CPU临幸的运行环境,必须保存。串联起来的事实:前面讲过在CPU看来所有的任务都是一个一个的轮流执行的,具体的轮流方法就是:先加载程序A的上下文,然后开始执行A,保存程序A的上下文,调入下一个要执行的程序B的程序上下文,然后开始执行B,保存程序B的上下文。。。。========= 重要的东西出现了========进程和线程就是这样的背景出来的,两个名词不过是对应的CPU时间段的描述,名词就是这样的功能。进程就是包换上下文切换的程序执行时间总和 = CPU加载上下文+CPU执行+CPU保存上下文线程是什么呢?进程的颗粒度太大,每次都要有上下的调入,保存,调出。如果我们把进程比喻为一个运行在电脑上的软件,那么一个软件的执行不可能是一条逻辑执行的,必定有多个分支和多个程序段,就好比要实现程序A,实际分成 a,b,c等多个块组合而成。那么这里具体的执行就可能变成:程序A得到CPU =》CPU加载上下文,开始执行程序A的a小段,然后执行A的b小段,然后再执行A的c小段,最后CPU保存A的上下文。这里a,b,c的执行是共享了A的上下文,CPU在执行的时候没有进行上下文切换的。这里的a,b,c就是线程,也就是说线程是共享了进程的上下文环境,的更为细小的CPU时间段。到此全文结束,再一个总结:进程和线程都是一个时间段的描述,是CPU工作时间段的描述,不过是颗粒大小不同。

### 线程进程区别详解 #### 1. 定义与包含关系 进程是一个独立的执行环境,拥有完整的资源分配,包括内存空间、文件描述符等。线程进程中的一个执行单元,多个线程可以存在于同一个进程中,并共享该进程的资源[^1]。每个线程是一个独立的执行流,能够单独参与CPU调度[^1]。 #### 2. 资源分配与共享 每个进程都有自己的独立资源,如内存空间文件描述符表。同一进程内的线程共享这些资源,这意味着它们可以访问相同的内存区域文件描述符[^1]。这种资源共享机制使得线程间的通信更为高效,但也可能引发线程安全问题。 #### 3. 创建与销毁开销 创建销毁一个进程的开销较大,因为需要分配释放独立的资源。相比之下,线程的创建销毁开销较小,因为它只需在现有进程中分配少量资源[^2]。以下是使用Python创建线程的一个示例: ```python import threading def task(): print("线程任务执行中") thread = threading.Thread(target=task) thread.start() ``` #### 4. CPU调度与执行效率 由于线程共享进程的资源,切换线程的开销小于切换进程的开销。因此,在多线程环境中,CPU调度线程的效率更高,尤其是在需要频繁切换任务的情况下[^3]。 #### 5. 并发性与安全性 尽管线程间的通信更高效,但这也增加了线程安全问题的可能性。如果多个线程同时访问修改共享资源,可能会导致数据不一致或竞争条件[^1]。为了解决这一问题,通常需要使用锁或其他同步机制来保护共享资源。 #### 6. 异常处理 当一个进程中的某个线程抛出异常时,可能会导致整个进程中的所有线程都被终止。这是因为线程共享进程的资源,一旦资源被破坏,所有线程都会受到影响[^1]。而进程之间的隔离性更强,一个进程的异常通常不会影响到其他进程。 #### 7. 应用场景 对于需要大量资源隔离的任务,通常使用进程模型。而对于需要高效通信协作的任务,线程模型更为合适[^1]。 ### 示例代码:多线程并发执行 以下代码展示了如何通过多线程实现并发任务执行: ```python import threading import time def count_down(name, delay): counter = 5 while counter: time.sleep(delay) print(f"线程 {name}: 倒计时 {counter}") counter -= 1 thread1 = threading.Thread(target=count_down, args=("A", 1)) thread2 = threading.Thread(target=count_down, args=("B", 0.5)) thread1.start() thread2.start() thread1.join() thread2.join() ```
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