多任务的实现方式——“多进程”与“多线程”

1 多任务

• 单任务：一个函数或者方法执行完成另外一个函数或者方法才能执行

• 多任务：指在同一时间内执行多个任务（任务可以是函数或者方法），例如: 现在电脑安装的操作系统都是多任务操作系统，可以同时运行着多个软件。

• 多任务的最大好处：充分利用CPU资源，提高程序的执行效率。

• 多任务的执行方式：并发和并行
  （1）并发：在一段时间内交替去执行任务。
  例如：对于单核cpu处理多任务,操作系统轮流让各个软件交替执行，假如:软件1执行0.01秒，切换到软件2，软件2执行0.01秒，再切换到软件3，执行0.01秒……这样反复执行下去。表面上看，每个软件都是交替执行的，但是，由于CPU的执行速度实在是太快了，我们感觉就像这些软件都在同时执行一样，这里需要注意单核cpu是并发的执行多任务的。
  （2）并行：多个任务真正意义上一起执行。
  对于多核cpu处理多任务，操作系统会给cpu的每个内核安排一个执行的软件，多个内核是真正的一起执行软件。这里需要注意多核cpu是并行的执行多任务，始终有多个软件一起执行。

• 多任务的实现方式：多进程与多线程

2 多进程与多线程

2.1 进程

• 进程：操作系统进行资源分配的基本单位
  一个正在运行的程序或者软件就是一个进程，每启动一个进程，操作系统都会给其分配一定的运行资源(内存资源)保证进程的运行。
  比如：现实生活中的公司可以理解成是一个进程，公司提供办公资源(电脑、办公桌椅等)，真正干活的是员工，员工可以理解成线程。
• 多进程可以完成多任务，每个进程就好比一家独立的公司，每个公司都各自在运营，每个进程也各自在运行，执行各自的任务。
• 进程之间不共享全局变量
  创建子进程会对主进程资源进行拷贝，也就是说子进程是主进程的一个副本，好比是一对双胞胎，之所以进程之间不共享全局变量，是因为操作的不是同一个进程里面的全局变量，只不过不同进程里面的全局变量名字相同而已。
• 主进程会等待所有的子进程执行结束再结束
  • 假如我们就让主进程执行0.5秒钟，子进程就销毁不再执行，那怎么办呢?
    我们可以设置守护主进程 或者 在主进程退出之前 让子进程销毁。为了保证子进程能够正常的运行，主进程会等所有的子进程执行完成以后再销毁，设置守护主进程的目的是主进程退出子进程销毁，不让主进程再等待子进程去执行。

2.2 线程

• 线程：cpu调度的基本单位
  线程是进程中执行代码的一个分支，每个执行分支（线程）要想工作执行代码需要cpu进行调度，每个进程至少都有一个线程，而这个线程就是我们通常说的主线程。
• 程序启动默认会有一个主线程，程序员自己创建的线程称为子线程，多线程可以完成多任务。
• 线程之间执行是无序的
• 主线程会等待所有的子线程执行结束再结束
  • 假如我们就让主线程执行1秒钟，子线程就销毁不再执行，那怎么办呢?
    我们可以设置守护主线程
• 线程之间共享全局变量
• 线程之间共享全局变量数据出现错误问题
  • 全局变量数据错误的解决办法:
    线程同步: 保证同一时刻只能有一个线程去操作全局变量 同步: 就是协同步调，按预定的先后次序进行运行。如:你说完，我再说, 好比现实生活中的对讲机
    线程同步的方式:（1）线程等待(join)、（2）互斥锁
• 互斥锁: 对共享数据进行锁定，保证同一时刻只能有一个线程去操作。
  互斥锁是多个线程一起去抢，抢到锁的线程先执行，没有抢到锁的线程需要等待，等互斥锁使用完释放后，其它等待的线程再去抢这个锁。
  互斥锁的作用：保证同一时刻只能有一个线程去操作共享数据，保证共享数据不会出现错误问题
  互斥锁的好处：确保某段关键代码只能由一个线程从头到尾完整地去执行
  互斥锁的坏处：会影响代码的执行效率，多任务改成了单任务执行
  互斥锁如果没有使用好容易出现死锁的情况（一般是因为没有正确上锁和解锁）
  • 死锁: 一直等待对方释放锁的情景就是死锁。会造成应用程序的停止响应，不能再处理其它任务了。

3 进程和线程的对比

进程和线程都是完成多任务的一种方式

3.1 关系对比

线程是依附在进程里面的，没有进程就没有线程。
一个程序运行后至少有一个进程，一个进程默认提供一条线程，进程可以创建多个线程。

3.2 区别对比

1. 进程之间不共享全局变量
   线程之间共享全局变量，但是要注意资源竞争的问题，解决办法: 互斥锁或者线程同步
2. 创建进程的资源开销要比创建线程的资源开销要大
3. 进程是操作系统资源分配的基本单位，线程是CPU调度的基本单位
   • 线程之间执行是无序的，它是由cpu调度决定的 ，cpu调度哪个线程，哪个线程就先执行，没有调度的线程不能执行。
   • 进程之间执行也是无序的，它是由操作系统调度决定的，操作系统调度哪个进程，哪个进程就先执行，没有调度的进程不能执行。
4. 线程不能够独立执行，必须依存在进程中
5. 多进程开发比单进程多线程开发稳定性要强（某个进程挂掉不会影响其它进程）
6. 多进程可以使用cpu的多核运行，多线程可以共享全局变量

3.3 优缺点对比

• 进程优缺点:
  优点：可以用多核
  缺点：资源开销大
• 线程优缺点:
  优点：资源开销小
  缺点：不能使用多核