进程与线程

本文深入解析了进程与线程的概念、联系与区别,详细阐述了它们在资源分配、调度及并发执行上的特点。同时,文章还介绍了进程间通信与线程间通信的方式,以及在实际应用中选择多线程或多进程的考量。

1.进程与线程

进程:具有独立功能的程序关于某个数据集合上的一次运行活动。资源分配的基本单位
线程:进程的一个实体。cpu调度的基本单位
比喻:一列火车是一个进程,火车的每一节车厢是线程。

2.进程与线程的联系

①一个线程只能属于一个进程,一个进程可以有多个线程;
②系统资源分配给进程,同一进程的所有线程共享该进程的所有资源;
③真正在处理机上运行的是线程;
④不同进程的线程间利用消息通信的方式实现同步。

3.进程与线程的区别

①调度:线程是系统调度和分配的基本单位,进程是作为拥有系统资源的基本单位;
②并发性:进程之间可以并发执行,同一进程的多个线程时间亦可以并发执行;
③拥有资源:进程是拥有资源的独立单位,线程不拥有资源,但可以访问隶属于进程的资源;
④系统开销:创建和撤销进程的开销更大;进程拥有独立的地址空间,一个进程的崩溃不会影响其他进程;线程拥有自己的堆栈和局部变量,没有独立的地址空间,因此进程里的一个线程崩溃会导致其他线程均崩溃。

4.进程间通信方式

进程间通信方式有很多,网上一说有十几种。面试的时候说上以下几种差不多:

  1. 管道:半双工的通信方式,数据只能单向流动,且只能在有亲缘关系(父子进程或兄弟进程)的进程间使用;
  2. 命名管道:FIFO,半双工的通信方式,但允许在无亲缘关系的进程间通信;
  3. 消息队列:消息的链表,存放在内核中,并由消息队列标识符标识。消息队列克服了信号传递信息少、管道只能承载无格式字节流以及缓冲区大小受限等缺点;
  4. 信号量:是一个计数器,用于控制多个进程间对共享资源的访问;
  5. 信号(sinal):信号是一种比较复杂的通信方式,用于通知接收进程某个事件已经发生。
  6. 共享内存:映射一段能被其他进程访问的内存,这段内存由一个进程创建,但多个进程都可以访问;
  7. 套接字

5.线程间通信方式

多个线程在处理同一个资源,并且任务不同时,需要线程通信来帮助解决线程之间对同一个变量的使用或操作。就是多个线程在操作同一份数据时, 避免对同一共享变量的争夺。

  1. 锁机制:包括互斥锁、条件变量、读写锁互斥锁提供了以排他方式防止数据结构被并发修改的方法。
    读写锁允许多个线程同时读共享数据,而对写操作是互斥的。
    条件变量可以以原子的方式阻塞进程,直到某个特定条件为真为止。对条件的测试是在互斥锁的保护下进行的。条件变量始终与互斥锁一起使用。
  2. 使用全局变量:主要由于多个线程可能更改全局变量,因此全局变量最好声明为volatile
  3. 信号量机制(Semaphore):Java中的Semaphore
  4. 信号机制(Signal):类似进程间的信号处理。Object类的wait()、notify()和notifyAll()方法

线程间的通信目的主要是用于线程同步,所以线程没有像进程通信中的用于数据交换的通信机制。

6.什么时候用多线程?什么时候用多进程?

1)需要频繁创建销毁的优先用线程
这种原则最常见的应用就是Web服务器了,来一个连接建立一个线程,断了就销毁线程,要是用进程,创建和销毁的代价是很难承受的
2)需要进行大量计算的优先使用线程
所谓大量计算,当然就是要耗费很多CPU,切换频繁了,这种情况下线程是最合适的。
这种原则最常见的是图像处理、算法处理。
3)强相关的处理用线程,弱相关的处理用进程
什么叫强相关、弱相关?理论上很难定义,给个简单的例子就明白了。
一般的Server需要完成如下任务:消息收发、消息处理。“消息收发”和“消息处理”就是弱相关的任务,而“消息处理”里面可能又分为“消息解码”、“业务处理”,这两个任务相对来说相关性就要强多了。因此“消息收发”和“消息处理”可以分进程设计,“消息解码”、“业务处理”可以分线程设计。
当然这种划分方式不是一成不变的,也可以根据实际情况进行调整。
4)可能要扩展到多机分布的用进程,多核分布的用线程
原因请看上面对比。

7.管道

每个进程各自有不同的用户地址空间,任何一个进程的全局变量在另一个进程中都看不到,所以进程之间要交换数据必须通过内核,在内核中开辟一块缓冲区,进程A把数据从用户空间拷到内核缓冲区,进程B再从内核缓冲区把数据读走,内核提供的这种机制称为进程间通信。

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匿名管道

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管道的特点

1.管道只允许具有血缘关系的进程间通信,如父子进程间的通信。

2.管道只允许单向通信。

3.管道内部保证同步机制,从而保证访问数据的一致性。

4.面向字节流

5.管道随进程,进程在管道在,进程消失管道对应的端口也关闭,两个进程都消失管道也消失。

标题SpringBoot智能在线预约挂号系统研究AI更换标题第1章引言介绍智能在线预约挂号系统的研究背景、意义、国内外研究现状及论文创新点。1.1研究背景意义阐述智能在线预约挂号系统对提升医疗服务效率的重要性。1.2国内外研究现状分析国内外智能在线预约挂号系统的研究应用情况。1.3研究方法及创新点概述本文采用的技术路线、研究方法及主要创新点。第2章相关理论总结智能在线预约挂号系统相关理论,包括系统架构、开发技术等。2.1系统架构设计理论介绍系统架构设计的基本原则和常用方法。2.2SpringBoot开发框架理论阐述SpringBoot框架的特点、优势及其在系统开发中的应用。2.3数据库设计管理理论介绍数据库设计原则、数据模型及数据库管理系统。2.4网络安全数据保护理论讨论网络安全威胁、数据保护技术及其在系统中的应用。第3章SpringBoot智能在线预约挂号系统设计详细介绍系统的设计方案,包括功能模块划分、数据库设计等。3.1系统功能模块设计划分系统功能模块,如用户管理、挂号管理、医生排班等。3.2数据库设计实现设计数据库表结构,确定字段类型、主键及外键关系。3.3用户界面设计设计用户友好的界面,提升用户体验。3.4系统安全设计阐述系统安全策略,包括用户认证、数据加密等。第4章系统实现测试介绍系统的实现过程,包括编码、测试及优化等。4.1系统编码实现采用SpringBoot框架进行系统编码实现。4.2系统测试方法介绍系统测试的方法、步骤及测试用例设计。4.3系统性能测试分析对系统进行性能测试,分析测试结果并提出优化建议。4.4系统优化改进根据测试结果对系统进行优化和改进,提升系统性能。第5章研究结果呈现系统实现后的效果,包括功能实现、性能提升等。5.1系统功能实现效果展示系统各功能模块的实现效果,如挂号成功界面等。5.2系统性能提升效果对比优化前后的系统性能
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