今天开始，这个专题主要讲解 java 并发编程系列，从操作系统的进程、CPU、线程等底层开始， 到java 并发工具类，线程、线程池，并发容器、CAS、AQS等原理、源码和使用均做深入的解析。今天讲 进程、线程和CPU 之间的关系 。

1、基础概念 什么是进程和线程 ？

       进程是程序运行资源分配的最小单位 。进程是操作系统进行资源分配的最小单位,其中资源包括:CPU、内存空间、 磁盘 IO 等,同一进程中的多条线程共享该进程中的全部系统资源,而进程和进程 之间是相互独立的。进程是具有一定独立功能的程序关于某个数据集合上的一次 运行活动,进程是系统进行资源分配和调度的一个独立单位。 进程是程序在计算机上的一次执行活动。当你运行一个程序,你就启动了一 个进程。显然,程序是死的、静态的,进程是活的、动态的。进程可以分为系统进 程和用户进程。凡是用于完成操作系统的各种功能的进程就是系统进程,它们就 是处于运行状态下的操作系统本身,用户进程就是所有由你启动的进程。

       线程是 CPU 调度的最小单位,必须依赖于进程而存在 线程是进程的一个实体,是 CPU 调度和分派的基本单位,它是比进程更小的、 能独立运行的基本单位。线程自己基本上不拥有系统资源,只拥有一点在运行中 必不可少的资源(如程序计数器,一组寄存器和栈),但是它可与同属一个进程的其 他的线程共享进程所拥有的全部资源。 线程无处不在 任何一个程序都必须要创建线程,特别是 Java 不管任何程序都必须启动一个 main 函数的主线程; Java Web 开发里面的定时任务、定时器、JSP 和 Servlet、异 步消息处理机制,远程访问接口RM等,任何一个监听事件, onclick的触发事件等都 离不开线程和并发的知识。  2、CPU 核心数和线程数的关系

        多核心:也指单芯片多处理器( Chip Multiprocessors,简称 CMP),CMP 是由美国 斯坦福大学提出的,其思想是将大规模并行处理器中的 SMP(对称多处理器)集成 到同一芯片内,各个处理器并行执行不同的进程。这种依靠多个 CPU 同时并行地 运行程序是实现超高速计算的一个重要方向,称为并行处理 多线程: Simultaneous Multithreading.简称 SMT.让同一个处理器上的多个线 程同步执行并共享处理器的执行资源。 核心数、线程数:目前主流 CPU 都是多核的。增加核心数目就是为了增加线 程数,因为操作系统是通过线程来执行任务的,一般情况下它们是 1:1 对应关系,也 就是说四核 CPU 一般拥有四个线程。但 Intel 引入超线程技术后,使核心数与线程 数形成 1:2 的关系

3、CPU 时间片轮转机制

          我们平时在开发的时候，感觉并没有受 cpu 核心数的限制，想启动线程就启 动线程，哪怕是在单核 CPU 上，为什么？这是因为操作系统提供了一种 CPU 时 间片轮转机制。 时间片轮转调度是一种最古老、最简单、最公平且使用最广的算法,又称 RR 调度。每个进程被分配一个时间段,称作它的时间片,即该进程允许运行的时间。 百度百科对 CPU 时间片轮转机制原理解释如下: 如果在时间片结束时进程还在运行,则 CPU 将被剥夺并分配给另一个进程。 如果进程在时间片结束前阻塞或结来,则 CPU 当即进行切换。调度程序所要做的 就是维护一张就绪进程列表,当进程用完它的时间片后,它被移到队列的末尾 时间片轮转调度中唯一有趣的一点是时间片的长度。从一个进程切换到另一 个进程是需要定时间的,包括保存和装入寄存器值及内存映像,更新各种表格和队列等。假如进程切( processwitch),有时称为上下文切换( context switch),需要 5ms, 再假设时间片设为 20ms,则在做完 20ms 有用的工作之后,CPU 将花费 5ms 来进行 进程切换。CPU 时间的 20%被浪费在了管理开销上了。 为了提高 CPU 效率,我们可以将时间片设为 5000ms。这时浪费的时间只有 0.1%。但考虑到在一个分时系统中,如果有 10 个交互用户几乎同时按下回车键, 将发生什么情况?假设所有其他进程都用足它们的时间片的话,最后一个不幸的 进程不得不等待 5s 才获得运行机会。多数用户无法忍受一条简短命令要 5 才能 做出响应,同样的问题在一台支持多道程序的个人计算机上也会发

           结论可以归结如下:时间片设得太短会导致过多的进程切换,降低了 CPU 效率: 而设得太长又可能引起对短的交互请求的响应变差。将时间片设为 100ms 通常 是一个比较合理的折衷。 在 CPU 死机的情况下,其实大家不难发现当运行一个程序的时候把 CPU 给弄 到了 100%再不重启电脑的情况下,其实我们还是有机会把它 KⅢ掉的,我想也正是 因为这种机制的缘故。

 4、澄清并行和并发

         我们举个例子,如果有条高速公路 A 上面并排有 8 条车道,那么最大的并行车 辆就是 8 辆此条高速公路 A 同时并排行走的车辆小于等于 8 辆的时候,车辆就可 以并行运行。CPU 也是这个原理,一个 CPU 相当于一个高速公路 A,核心数或者线 程数就相当于并排可以通行的车道;而多个 CPU 就相当于并排有多条高速公路,而 每个高速公路并排有多个车道。 当谈论并发的时候一定要加个单位时间,也就是说单位时间内并发量是多少? 离开了单位时间其实是没有意义的。 俗话说,一心不能二用,这对计算机也一样,原则上一个 CPU 只能分配给一个 进程,以便运行这个进程。我们通常使用的计算机中只有一个 CPU,也就是说只有 一颗心,要让它一心多用同时运行多个进程,就必须使用并发技术。实现并发技术 相当复杂,最容易理解的是“时间片轮转进程调度算法”。

             综合来说： 并发:指应用能够交替执行不同的任务,比如单 CPU 核心下执行多线程并非是 同时执行多个任务,如果你开两个线程执行,就是在你几乎不可能察觉到的速度不 断去切换这两个任务,已达到"同时执行效果",其实并不是的,只是计算机的速度太 快,我们无法察觉到而已.

             并行:指应用能够同时执行不同的任务,例:吃饭的时候可以边吃饭边打电话, 这两件事情可以同时执行

            两者区别:一个是交替执行,一个是同时执行.