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Multi-threading and Parallel Programming

多線程是一種廣泛的編程和執(zhí)行模型，該模型允許在一個進程的上下文中存在多個線程。這些線程中的每一個都可以并行運行，并且這些線程共享相似的地址空間。那么，讓我們從頭開始說。

什么是線程（thread）？

thread的執(zhí)行是可以由調(diào)度程序獨立管理的最小程序指令序列，調(diào)度程序通常是操作系統(tǒng)的一部分。大多數(shù)情況下，一個線程存在于進程中，而多個線程可以存在于單個進程中，因此是多線程的。

當計算機科學(xué)家看到Thread（線程）時就像化學(xué)家看到Atom（原子）一樣。

這些threads同時運行，并且共享資源。threads在操作系統(tǒng)的實現(xiàn)和進程在操作系統(tǒng)之間有所不同，但是在大多數(shù)情況下，線程是進程的組成部分。

什么是進程（process）？

進程是通常彼此獨立運行的程序的實例。例如，如果啟動Java程序，則操作系統(tǒng)會產(chǎn)生一個新程序，該程序process（進程）可與其他程序并行運行。在這些進程中，我們可以利用線程并發(fā)執(zhí)行代碼，因此我們可以充分利用CPU的可用內(nèi)核。

與線程不同，進程不會彼此共享資源。process（進程）是資源的單位，而thread（線程）是調(diào)度和執(zhí)行的單位。

線程池

創(chuàng)建一個全新的OS線程需要內(nèi)存分配和CPU指令，以便對其進行設(shè)置和銷毀。為了更好地處理線程的使用并避免創(chuàng)建新線程，操作系統(tǒng)或平臺考慮了一項Thread Pool（線程池）功能，該功能使應(yīng)用程序可以使用已經(jīng)存在的線程。

這是處理多個線程而不處理其創(chuàng)建或銷毀的更有效的方法。此外，操作系統(tǒng)知道何時未積極使用線程池中的線程，因此它們可以在線程迭代期間自動“跳過”它。

線程的描述性編程表示

我們將研究從JavaExecutors和Java中的兩個類實現(xiàn)的線程Runnable。

執(zhí)行程序Executors是Java中的一類，抽象了大多數(shù)手動線程創(chuàng)建過程。它們能夠運行異步任務(wù)，通?？梢怨芾砭€程池，因此我們不必手動創(chuàng)建新線程。

該類Executors提供了方便的工廠方法來創(chuàng)建各種執(zhí)行程序服務(wù)。在下面的示例中，我們使用大小為1的線程池的執(zhí)行程序。

結(jié)果看起來類似于上面的示例，但是在運行代碼時，您會注意到一個重要的區(qū)別，java進程永不停止！Executors必須明確停止-否則他們會繼續(xù)聽新任務(wù)。

ExecutorService提供了兩種方法用于此目的：shutdown()等待當前正在運行的任務(wù)完成，同時shutdownNow()中斷所有正在運行的任務(wù)，并立即關(guān)閉執(zhí)行程序。此服務(wù)通常在使用套接字連接時使用，以促進異步調(diào)用（Sink-Source連接）。

可運行的 Runnable是定義單個空隙無參數(shù)方法功能接口run()。在開始新線程之前，您必須指定此線程要執(zhí)行的代碼，通常稱為任務(wù)，這是通過實現(xiàn)來完成的Runnable。請注意，您可以擁有盡可能多的任務(wù)。

對于上面的示例，我們利用Java 8 lambda表達式將當前線程名稱打印到控制臺。首先，我們在開始新線程之前直接在主線程上執(zhí)行runnable。請參見下面的示例輸出。

Hello main
Hello Thread-0
Done!

或者這樣：

Hello main
Done!
Hello Thread-0

我們有兩個可能的輸出，因為由于并發(fā)執(zhí)行，我們無法預(yù)測在打印之前還是之后將調(diào)用runnable。該順序是不確定的，因此使得并發(fā)編程在大型應(yīng)用程序中成為一項復(fù)雜的任務(wù)。盡管線程也可以處于一定的睡眠時間。

深入多線程

就像我們前面已經(jīng)明確指出的那樣，一個multi-threaded（多線程）程序包含兩個或多個可以同時運行的部分，并且每個部分可以同時處理不同的任務(wù)，特別是在計算機具有多個CPU時，可以最佳利用可用資源。

Multi-threading（多線程）將多任務(wù)處理的概念擴展到了應(yīng)用程序中，您可以在其中將單個應(yīng)用程序中的特定操作細分為各個線程。它使您可以編寫一種方式，使多個活動可以在同一程序中同時進行。

有幾種編程語言可以為騰出空間multi-threading，并且大多數(shù)語言是面向?qū)ο蟮木幊陶Z言（OOP）。語言，如Java，C，C++甚至.NET框架。其他一些解釋型語言也有所作為，例如Ruby MRIforRuby和CPythonfor Python。如果您等著看Javascript，那么您將不是因為JavaScript不支持多線程，而是因為JavaScript瀏覽器中的解釋器是一個單線程。

大量的多線程應(yīng)用程序

幾乎所有構(gòu)建良好的應(yīng)用程序都支持多線程。讓我們看一下瀏覽器。大多數(shù)瀏覽器都是多線程的，從firefox到Safari到Chrome還有許多其他。但是今天我們要詳細討論Chrome。

Google Chrome

Chrome具有多進程架構(gòu)，并且每個進程都是高度多線程的。主要目標是使主線程（瀏覽器進程中的“ UI”線程）和IO線程（用于處理IPC的每個進程的線程）保持響應(yīng)。這意味著將任何阻塞的I / O或其他昂貴的操作卸載到其他線程。

在Chrome中，您打開的每個選項卡都有其自己的內(nèi)容處理。五個標簽，5個進程，一百個標簽，100個進程。這種方法可最大程度地提高性能，但您會在內(nèi)存消耗和電池壽命方面付出沉重的代價。有沒有想過為什么任務(wù)管理器上的Chrome的CPU消耗總是很高？好吧，你去。

每個 chrome 進程都有

main thread 此線程更新UI并運行大多數(shù)Blink。
IO thread 此線程句柄的IPC和網(wǎng)絡(luò)請求
還有一些special-purpose threads
一池的general-purpose threads

Chrome與Firefox的比較

雖然Chrome會為每個選項卡創(chuàng)建一個內(nèi)容處理Firefox，但默認情況下最多旋轉(zhuǎn)四個內(nèi)容處理線程。在Firefox中，前4個標簽分別使用這4個進程，其他標簽則使用這些進程中的線程。一個進程中的多個選項卡共享內(nèi)存中已經(jīng)存在的瀏覽器引擎，而不是每個選項卡都創(chuàng)建自己的瀏覽器。

線程與進程

線程在許多方面與傳統(tǒng)的多任務(wù)處理過程不同：

進程通常是獨立的，而線程作為進程的子集存在。
進程比線程攜帶更多的狀態(tài)信息，而一個進程中的多個線程共享進程狀態(tài)以及內(nèi)存和其他資源。
進程具有單獨的地址空間，而線程共享它們的地址空間。
進程僅通過系統(tǒng)提供的進程間通信機制進行交互。
同一進程中線程之間的上下文切換通常比進程之間的上下文切換發(fā)生得更快。

平行性

并行性與工作分散在多個單元中的概念有關(guān)，以這種方式不會損害最終產(chǎn)品，但會減少總執(zhí)行時間。

并行執(zhí)行是兩個（或多個）任務(wù)同時運行的能力。雖然并發(fā)代表了可能性，但并行是現(xiàn)實。

總結(jié)

現(xiàn)在，多線程已成為現(xiàn)代軟件開發(fā)的重要組成部分。它受到許多編程語言和平臺的支持，并一直延伸到操作系統(tǒng)。知道如何使用多個線程可以肯定會導(dǎo)致開發(fā)人員構(gòu)建更好的應(yīng)用程序。

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