Чем процесс отличается от потока?
Потоки выполнения процесса можно уподобить нескольким вместе работающим поварам. Все они готовят одно блюдо, читают одну и ту же кулинарную книгу с одним и тем же рецептом и следуют его указаниям, причём необязательно все они читают на одной и той же странице.
| Поток | Процесс |
|---|---|
| Поток имеет стэк – свою память для исполнения. | Процесс – это совокупность кода и данных, финкционирующих в виртуальном (адресном) пространстве. |
| Потоки выполнения существуют как составные элементы процессов. | Процессы, как правило, независимы. |
| Несколько потоков выполнения внутри процесса совместно используют информацию о состоянии, а также память и другие вычислительные ресурсы. | Несут значительно больше информации о состоянии. |
| Потоки выполнения совместно используют их адресное пространство. | Операционная система (ОС) для каждого процесса создает своё, так называемое «виртуальное адресное пространство» в памяти, к которому процесс имеет прямой доступ. |
| Взаимодействуют только через предоставляемые системой механизмы связей между процессами (файлы, каналы связи..) | |
| Переключение контекста между потоками выполнения в одном процессе, как правило, быстрее, чем переключение контекста между процессами. | |
| Потоки расходуют существенно меньше ресурсов, чем процессы, в процессе выполнения работы выгоднее создавать дополнительные потоки и избегать создания новых процессов. |
Когда запускается любое приложение, то начинает выполняться поток, называемый главным потоком (main). От него порождаются дочерние потоки.
Главный поток, как правило, является последним потоком, завершающим выполнение программы.
Несмотря на то, что главный поток создаётся автоматически, им можно управлять через объект класса Thread. Для этого нужно вызвать метод currentThread(), после чего можно управлять потоком.
Класс Thread содержит несколько методов для управления потоками:
В нем пишется выполняемый код
Запускает переопределенный метод run()
* Если просто запустить run() не будет параллельности выполнения — просто выполниться метод run().
Processes and Threads
In concurrent programming, there are two basic units of execution: processes and threads. In the Java programming language, concurrent programming is mostly concerned with threads. However, processes are also important.
A computer system normally has many active processes and threads. This is true even in systems that only have a single execution core, and thus only have one thread actually executing at any given moment. Processing time for a single core is shared among processes and threads through an OS feature called time slicing.
It’s becoming more and more common for computer systems to have multiple processors or processors with multiple execution cores. This greatly enhances a system’s capacity for concurrent execution of processes and threads but concurrency is possible even on simple systems, without multiple processors or execution cores.
Processes
A process has a self-contained execution environment. A process generally has a complete, private set of basic run-time resources; in particular, each process has its own memory space.
Processes are often seen as synonymous with programs or applications. However, what the user sees as a single application may in fact be a set of cooperating processes. To facilitate communication between processes, most operating systems support Inter Process Communication (IPC) resources, such as pipes and sockets. IPC is used not just for communication between processes on the same system, but processes on different systems.
Most implementations of the Java virtual machine run as a single process. A Java application can create additional processes using a ProcessBuilder object. Multiprocess applications are beyond the scope of this lesson.
Threads
Threads are sometimes called lightweight processes. Both processes and threads provide an execution environment, but creating a new thread requires fewer resources than creating a new process.
Threads exist within a process every process has at least one. Threads share the process’s resources, including memory and open files. This makes for efficient, but potentially problematic, communication.
Multithreaded execution is an essential feature of the Java platform. Every application has at least one thread or several, if you count «system» threads that do things like memory management and signal handling. But from the application programmer’s point of view, you start with just one thread, called the main thread. This thread has the ability to create additional threads, as we’ll demonstrate in the next section.
Чем процесс отличается от потока java
В приведенном выше фрагменте кода мы создаем класс Car , который наследует класс Thread и переопределяет его метод run(). Внутри метода run() мы просто выводим модель автомобиля и имя выполняемого потока.
Thread.sleep(1000) — останавливает этот поток на заданный период времени (в миллисекундах). В main-методе мы создаем два экземпляра (ferrari, bmw) класса Car и вызываем метод start() для каждого из них. Затем выводим какое-нибудь сообщение. По умолчанию всякий раз, когда запускается любая Java-программа, она выполняется основным потоком. Запуск этой программы дает следующий вывод.
Как видим из вывода, вывод сообщения, которое написали в методе main — последняя команда в программе, но она выводится в консоль первой и не ждёт выполнения вызовов методов — ferrari.start() и bmw.start() . Это и есть магия многопоточности. Сколько бы времени ни потребовалось для выполнения методов — ferrari.start() и bmw.start(), поток main дальше выполняется и не ждёт их завершения.
Создание потоков путем реализации интерфейса Runnable
Принимая во внимание два способа создания потоков, второй считается более предпочтительным, поскольку множественное наследование запрещено в Java , и, унаследовав класс Thread , мы не сможем унаследовать какой-либо другой класс. Однако, реализовав интерфейс Runnable , мы сможем унаследовать другой класс. Это небольшое преимущество второго способа.
🧩☕ Интересные задачи по Java для практики можно найти на нашем телеграм-канале «Библиотека задач по Java»
Что произойдет, если мы вызовем метод run() класса Thread?
При вызове метода run() , программа выполняется последовательно, в том порядке, в котором мы написали. Вызов метода run() не создает новый поток, он ведет себя как обычный метод в Java .
Процессы и потоки
Термины «процесс» и «поток» повсеместно используются, когда речь идет о многопоточности. Давайте подробно рассмотрим эти две концепции.
Процесс — это исполняемая программа, или, другими словами, просто запущенная программа
- когда вы запускаете какое-нибудь приложение или веб-браузер, запускаются разные процессы;
- операционная система назначает каждому процессу отдельные регистры, программные счетчики, память кучи и стека;
- процессы полностью независимы и не имеют общей памяти или данных;
- переключение контекста и связь между процессами занимают больше времени, поскольку они тяжелые, создание новых процессов требует больше ресурсов по сравнению с потоками.
Поток — это легкий процесс
- это единица выполнения внутри данного процесса, один процесс может иметь один и более потоков;
- каждый поток с данным процессом разделяет память и ресурсы, поэтому программисты имеют дело с параллелизмом и синхронизацией;
- создание нового потока требует меньше ресурсов, чем новый процесс, коммуникация между потоками и переключением контекста быстрее по сравнению с переключением контекста и коммуникации процессов.
Многопоточность и алгоритм разделения времени
Представьте, что у вас есть устройство с одним ядром и запущенное приложение, которое требует k потоков ( k > 1 ). В этом случае одному процессору приходится обрабатывать k потоков. Как процессор обрабатывает k – потоков? Вот где алгоритм time-slicing делает всю магию.
При наличии нескольких потоков время обработки одноядерного процессора распределяется между процессами и потоками. Все потоки планируются процессором случайным образом c помощью thread scheduler , и каждый поток получает минимальное количество времени для выполнения. Как только выделенное время истекает, другой поток получает свою часть процессорного времени и начинает свою часть выполнения. Этот процесс выделения процессором времени потокам продолжается до тех пор, пока все потоки не завершат свое выполнение. Это называется алгоритмом квантования времени (time slicing algorithm). Под капотом потоки выполняются последовательно, однако они выполняются настолько быстро, что у нас возникает ощущение параллельного выполнения. Это называется simulated or fake concurrency. .
Это было краткое введение в многопоточность в Java . В следующих постах мы рассмотрим жизненный цикл потоков, разницу между процессом и потоком, разницу между многопоточностью и параллелизмом и т. д. Продолжение следует.