Java 进程和线程的区别(超详细)

你的名字 2020-06-14 10:11 999阅读 0赞

## 进程和线程 ##

### 进程 ###

一个在内存中运行的应用程序。每个进程都有自己独立的一块内存空间，一个进程可以有多个线程，比如在Windows系统中，一个运行的xx.exe就是一个进程。

![任务管理器][format_png]

### 线程 ###

进程中的一个执行任务（控制单元），负责当前进程中程序的执行。一个进程至少有一个线程，一个进程可以运行多个线程，多个线程可共享数据。

与进程不同的是同类的多个线程共享进程的**堆**和**方法区**资源，但每个线程有自己的**程序计数器**、**虚拟机栈**和**本地方法栈**，所以系统在产生一个线程，或是在各个线程之间作切换工作时，负担要比进程小得多，也正因为如此，线程也被称为轻量级进程。

Java 程序天生就是多线程程序，我们可以通过 JMX 来看一下一个普通的 Java 程序有哪些线程，代码如下。

public class MultiThread {
    	public static void main(String[] args) {
    		// 获取 Java 线程管理 MXBean
    		ThreadMXBean threadMXBean = ManagementFactory.getThreadMXBean();
    		// 不需要获取同步的 monitor 和 synchronizer 信息，仅获取线程和线程堆栈信息
    		ThreadInfo[] threadInfos = threadMXBean.dumpAllThreads(false, false);
    		// 遍历线程信息，仅打印线程 ID 和线程名称信息
    		for (ThreadInfo threadInfo : threadInfos) {
    			System.out.println("[" + threadInfo.getThreadId() + "] " + threadInfo.getThreadName());
    		}
    	}
    }

上述程序输出如下（输出内容可能不同，不用太纠结下面每个线程的作用，只用知道 main 线程执行 main 方法即可）：

[6] Monitor Ctrl-Break //监听线程转储或“线程堆栈跟踪”的线程
    [5] Attach Listener //负责接收到外部的命令，而对该命令进行执行的并且把结果返回给发送者
    [4] Signal Dispatcher // 分发处理给 JVM 信号的线程
    [3] Finalizer //在垃圾收集前，调用对象 finalize 方法的线程
    [2] Reference Handler //用于处理引用对象本身（软引用、弱引用、虚引用）的垃圾回收的线程
    [1] main //main 线程,程序入口

从上面的输出内容可以看出：**一个 Java 程序的运行是 main 线程和多个其他线程同时运行**。

### 进程与线程的区别总结 ###

线程具有许多传统进程所具有的特征，故又称为轻型进程(Light—Weight Process)或进程元；而把传统的进程称为重型进程(Heavy—Weight Process)，它相当于只有一个线程的任务。在引入了线程的操作系统中，通常一个进程都有若干个线程，至少包含一个线程。

**根本区别**：进程是操作系统资源分配的基本单位，而线程是处理器任务调度和执行的基本单位

**资源开销**：每个进程都有独立的代码和数据空间（程序上下文），程序之间的切换会有较大的开销；线程可以看做轻量级的进程，同一类线程共享代码和数据空间，每个线程都有自己独立的运行栈和程序计数器（PC），线程之间切换的开销小。

**包含关系**：如果一个进程内有多个线程，则执行过程不是一条线的，而是多条线（线程）共同完成的；线程是进程的一部分，所以线程也被称为轻权进程或者轻量级进程。

**内存分配**：同一进程的线程共享本进程的地址空间和资源，而进程之间的地址空间和资源是相互独立的

**影响关系**：一个进程崩溃后，在保护模式下不会对其他进程产生影响，但是一个线程崩溃整个进程都死掉。所以多进程要比多线程健壮。

**执行过程**：每个独立的进程有程序运行的入口、顺序执行序列和程序出口。但是线程不能独立执行，必须依存在应用程序中，由应用程序提供多个线程执行控制，两者均可并发执行

## 从 JVM 角度说进程和线程之间的关系（重要） ##

### 图解进程和线程的关系 ###

下图是 Java 内存区域，通过下图我们从 JVM 的角度来说一下线程和进程之间的关系。

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly90aGlua3dvbi5ibG9nLmNzZG4ubmV0_size_16_color_FFFFFF_t_70]

从上图可以看出：一个进程中可以有多个线程，多个线程共享进程的**堆**和**方法区 (JDK1.8 之后的元空间)资源，但是每个线程有自己的程序计数器**、**虚拟机栈** 和 **本地方法栈**。

### 程序计数器为什么是私有的? ###

程序计数器主要有下面两个作用：

1.  字节码解释器通过改变程序计数器来依次读取指令，从而实现代码的流程控制，如：顺序执行、选择、循环、异常处理。
2.  在多线程的情况下，程序计数器用于记录当前线程执行的位置，从而当线程被切换回来的时候能够知道该线程上次运行到哪儿了。

需要注意的是，如果执行的是 native 方法，那么程序计数器记录的是 undefined 地址，只有执行的是 Java 代码时程序计数器记录的才是下一条指令的地址。

所以，程序计数器私有主要是为了**线程切换后能恢复到正确的执行位置**。

### 虚拟机栈和本地方法栈为什么是私有的? ###

*  **虚拟机栈**：每个 Java 方法在执行的同时会创建一个栈帧用于存储局部变量表、操作数栈、常量池引用等信息。从方法调用直至执行完成的过程，就对应着一个栈帧在 Java 虚拟机栈中入栈和出栈的过程。
 *  **本地方法栈**：和虚拟机栈所发挥的作用非常相似，区别是： **虚拟机栈为虚拟机执行 Java 方法 （也就是字节码）服务，而本地方法栈则为虚拟机使用到的 Native 方法服务。** 在 HotSpot 虚拟机中和 Java 虚拟机栈合二为一。

所以，为了**保证线程中的局部变量不被别的线程访问到**，虚拟机栈和本地方法栈是线程私有的。

### 一句话简单了解堆和方法区 ###

堆和方法区是所有线程共享的资源，其中堆是进程中最大的一块内存，主要用于存放新创建的对象 (所有对象都在这里分配内存)，方法区主要用于存放已被加载的类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码等数据。

## 多进程和多线程区别 ##

多进程：操作系统中同时运行的多个程序

多线程：在同一个进程中同时运行的多个任务

举个例子，多线程下载软件，可以同时运行多个线程，但是通过程序运行的结果发现，每一次结果都不一致。 因为多线程存在一个特性：**随机性**。造成的原因：**CPU在瞬间不断切换去处理各个线程而导致的，可以理解成多个线程在抢CPU资源。**

**多线程提高CPU使用率**

![多线程][format_png 1]

多线程并不能提高运行速度，但可以提高运行效率，让CPU的使用率更高。但是如果多线程有安全问题或出现频繁的上下文切换时，运算速度可能反而更低。

## Java中的多线程 ##

Java程序的进程里有几个线程：主线程，垃圾回收线程(后台线程)等

在 Java 中，当我们启动 main 函数时其实就是启动了一个 JVM 的进程，而 main 函数所在的线程就是这个进程中的一个线程，也称主线程。

Java支持多线程，当Java程序执行main方法的时候，就是在执行一个名字叫做main的线程，可以在main方法执行时，开启多个线程A,B,C，多个线程 main,A,B,C同时执行，相互抢夺CPU，Thread类是java.lang包下的一个常用类,每一个Thread类的对象，就代表一个处于某种状态的线程

[format_png]: /images/1592129476319.jpg
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly90aGlua3dvbi5ibG9nLmNzZG4ubmV0_size_16_color_FFFFFF_t_70]: /images/1592129455272.png
[format_png 1]: /images/1592129438797.jpg