并发的本质：线程与进程区别

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本篇收录于《offer快到碗里来》

写在之前

"进程和线程有何区别？"

这个问题是校招面试中最最常见的问题了。很多人讨厌这种背诵课本概念的问题，还请看管打住，稍后再喷；该问题还真是一个值得思考的问题。

我们常常挂在嘴边的，你有没有经历过什么高并发项目，有没有比较难以解决的高并发问题。面试时，如果说没有遇到高并发问题似乎低人一等。

既然说到高并发，为啥会有高并发引发的各种问题呢？

本篇待我讲解了线程和进程有何区别，大家再来考虑为何高并发情况下线程安全问题。

最初的计算机时代

也许今天大家对于一个手机既能够刷抖音，又可以逛微博，还可以看***等能力习以为常，但是要知道最初的计算机可是长这样的。

如此大体积的机器，能够计算的能力还不及今天的笔记本。并且最初计算机只能接受一些特定的指令，用户输入一个指令，计算机就做一个操作。用户没有输入，计算机则会等待，用户和计算机总有一个在等待。

后来为了解决这个问题，提出了批处理 思路。用户可以将需要执行的多个程序写在磁带上，然后交由计算机去读取并逐个地执行这些程序，并将输出结果写到另一个磁带上。

但是这样还是有一个问题，如果计算机同时执行两个任务呢，比如一个程序A计算大象有多重，一个程序B计算熊猫有多少根毛，这个过程中计算机需要等待用户的输入（多次I/O操作），计算机只能等待所有的输入好了，再进行计算。这就导致了CPU的浪费。 （CPU又不怕累，闲着干啥）

后续计算机前辈们再想：能否在 任务A 读取数据的过程中，让 任务B 去执行，当 任务A 读取完数据之后，让 任务B 暂停，然后让 任务A 继续执行？反正就一句话，CPU别想偷懒。

但是这样又有一个问题？

在计算机内存中只能保存一份运行中的数据，两个程序相互切的时候如何能够知道彼此上一步计算到哪一步了呢。

为什么需要进程

天才们又发明了进程，让每个进程都有一定的内存地址空间，并且只能使用它自己的内存空间，各个进程间互不干扰。

并且进程可以保存自己的运行状态，这样就为进程切换提供了可能。当进程暂停时，它会保存当前进程的状态（每个进程都有独立的地址空间、堆栈、程序计数器等），在下一次重新切换回来时，便根据之前保存的状态进行恢复，然后继续执行。

举个例子：大家一会在抖音看小姐姐视频，一会儿回女朋友消息，回完了消息，还可以继续在原地方看小姐姐视频。

虽然直观感受上是同时进行的，但是其实同一个时间范围内只能有一个进程在占用一个CPU，只不过CPU执行太快了，导致用户以为是同时进行的。这就是并发，能够让操作系统从宏观上看起来同一个时间段有多个任务在执行。

为什么需要线程

上述听起来似乎一切都很美好，但是人类对于快的追求是无止尽的。爱折腾的计算机专家又在想：一个进程在一个时间段内只能做一件事情，如果一个进程有多个子任务，能不能让这些任务也分开执行呢？让cpu片刻不得休息。

于是人们又发明了线程。每个线程都可以去执行一个子任务，这样一个进程就包括了多个线程，每个线程负责一个独立的子任务。

既然是在 一个进程内，那么多个线程必然共享了进程的独立地址空间或者说数据空间，每个线程控制自己的任务变量（程序计数器）和栈信息（存储各任务的变量信息）

线程让进程中的内部并发成为了可能。

线程引发的问题

可以看到多个线程共享了数据空间（内存），那么又会存在一个问题： 如果多个线程要同时访问某个资源，怎么处理？

比如，有一个花名册上面写了每个人的信息，张三想把自己的数学成绩由61改成99，李四想故意做坏，想把张三数据改得更低，由61改成59，王五更加丧心病狂，想直接删除张三的成绩（好家伙，缺德呀），多个人该同一份数据，如果同时发生，计算机怎么知道该执行谁的命令呢？

这也就是人们考虑的线程安全问题。

你说线程带来的问题大不大？肯定是大的。
但是你要说值得吗？
我觉得是值得的。

因为引入线程带来的收益造福的更多的人，总不能都2021年了，你的电脑做一些复杂的运算还是龟速吧。至于引发的线程问题，那就是coder们的事儿了。如何写出线程安全的代码，那就是各位看官该考虑的事儿了。

总结

总结一下什么是线程？什么是进程？

1. 进程有自己独立的资源和地址空间，而线程可以与其他线程共享资源和内存，每个线程都有各自的 程序计数器 、 栈 以及 局部变量 等等。
2. 进程是对运行时程序的封装，可以保存程序的运行状态，实现操作系统的并发；
3. 进程让操作系统的并发性成为可能，而线程让进程的内部并发成为可能；
4. 进程是操作系统资源的分配单位，线程是CPU调度的基本单位；
5. 线程的引入导致了线程安全问题。

如有错误，还望不吝赐教。

参考：
《Java 并发编程实战》
《Java并发编程艺术》
《深入理解计算机系统》