进程和线程

进程和线程的区别：

对于进程来说，子进程是父进程的复制品，从父进程那里获得父进程的数据空间，堆和栈的复制品。

而线程，相对于进程而言，是一个更加接近于执行体的概念，可以和同进程的其他线程之间直接共享数据，而且拥有自己的栈空间，拥有独立序列。

共同点： 它们都能提高程序的并发度，提高程序运行效率和响应时间。线程和进程在使用上各有优缺点。 线程执行开销比较小，但不利于资源的管理和保护，而进程相反。同时，线程适合在SMP机器上运行，而进程可以跨机器迁移。

他们之间根本区别在于多进程中每个进程有自己的地址空间，线程则共享地址空间。所有其他区别都是因为这个区别产生的。比如说：

1. 速度。线程产生的速度快，通讯快，切换快，因为他们处于同一地址空间。

2. 线程的资源利用率好。

3. 线程使用公共变量或者内存的时候需要同步机制，但进程不用。

而他们通信方式的差异也仍然是由于这个根本原因造成的。

通信方式之间的差异

因为那个根本原因，实际上只有进程间需要通信,同一进程的线程共享地址空间,没有通信的必要，但要做好同步/互斥,保护共享的全局变量。

而进程间通信无论是信号，管道pipe还是共享内存都是由操作系统保证的，是系统调用.

一、进程间的通信方式

1.    管道( pipe )：

管道是一种半双工的通信方式，数据只能单向流动，而且只能在具有亲缘关系的进程间使用。进程的亲缘关系通常是指父子进程关系。

2.    有名管道 (namedpipe) ：

有名管道也是半双工的通信方式，但是它允许无亲缘关系进程间的通信。

3.    信号 (sinal ) ：

信号是一种比较复杂的通信方式，用于通知接收进程某个事件已经发生。

4.    信号量(semophore ) ：

信号量是一个计数器，可以用来控制多个进程对共享资源的访问。它常作为一种锁机制，防止某进程正在访问共享资源时，其他进程也访问该资源。因此，主要作为进程间以及同一进程内不同线程之间的同步手段。

5.    消息队列( messagequeue ) ：

消息队列是由消息的链表，存放在内核中并由消息队列标识符标识。消息队列克服了信号传递信息少、管道只能承载无格式字节流以及缓冲区大小受限等缺点。

6.    共享内存(shared memory ) ：

共享内存就是映射一段能被其他进程所访问的内存，这段共享内存由一个进程创建，但多个进程都可以访问。共享内存是最快的 IPC 方式，它是针对其他进程间通信方式运行效率低而专门设计的。它往往与其他通信机制，如信号量，配合使用，来实现进程间的同步和通信。

7.    套接字(socket ) ：

套接口也是一种进程间通信机制，与其他通信机制不同的是，它可用于不同设备及其间的进程通信。

二、线程间的通信方式

1.    锁机制：包括互斥锁、条件变量、读写锁

1.  互斥锁提供了以排他方式防止数据结构被并发修改的方法。

2.  读写锁允许多个线程同时读共享数据，而对写操作是互斥的。

3.  条件变量可以以原子的方式阻塞进程，直到某个特定条件为真为止。对条件的测试是在互斥锁的保护下进行的。条件变量始终与互斥锁一起使用。

2.    信号量机制(Semaphore)：包括无名线程信号量和命名线程信号量

3.    信号机制(Signal)：类似进程间的信号处理，用于通知接收线程某个事件已经发生。

线程间的通信目的主要是用于线程同步，所以线程没有像进程通信中的用于数据交换的通信机制。

1.1.1多线程-threading

python的thread模块是比较底层的模块，python的threading模块是对thread做了一些包装的

1.1.1.1使用threading模块

@1单线程例子：其实就是一个简单的函数。

@多线程执行

多线程和单线程对比：

1.可以明显看出使用了多线程并发的操作，花费时间要短很多

2.创建好的线程，需要调用start()方法来启动

@比较时间长短。

1.1.1.1主线程会等待所有的子线程结束后才结束

1.1.1.1查看线程数量   threading.enumerate()

3.多线程中的守护     daemon必须用关键字传参数。

2、类创建多线程，重写run方法。

例子1：线程

线程和进程设置守护时的区别：

1、一个设置成守护线程一个设置成非守护线程，二者都还会继续运行。

2、一个设置成守护进程一个设置成非守护进程，守护进程的不会继续运行

例子2、进程             上面那个(例子1)是线程的例子

总结

1.每个线程一定会有一个名字，尽管上面的例子中没有指定线程对象的name，但是python会自动为线程指定一个名字。以1,2,3来自动排序线程名称。

2.当线程的run()方法结束时该线程完成。

3.无法控制线程调度程序，但可以通过别的方式来影响线程调度的方式。

4.线程的几种状态

1.1.1多线程-共享全局变量

2.列表当做实参传递到线程中

总结：

·优点：在一个进程内的所有线程共享全局变量，能够在不适用其他方式的前提下完成多线程之间的数据共享

·缺点：线程是对全局变量随意遂改可能造成多线程之间对全局变量的混乱（即线程非安全）

2、多线程-不共享局部变量

例子1

例子2

1.1.1进程VS线程

·进程，能够完成多任务，比如 在一台电脑上能够同时运行多个QQ

·线程，能够完成多任务，比如 一个QQ中的多个聊天窗口

一个进程里面最少有一个线程，进程分配cpu使用权，拿到使用权之后线程再进行争夺使用。

1.1.1.1线程和进程的区别

1、·一个程序至少有一个进程,一个进程至少有一个线程.

·2、线程的划分尺度小于进程(资源比进程少)，使得多线程程序的并发性高。

·3、进程在执行过程中拥有独立的内存单元，而多个线程共享内存，从而极大地提高了程序的运行效率

4、·线程不能够独立执行，必须依存在进程中

1.1.1.1优缺点2

线程和进程在使用上各有优缺点：线程执行开销小，但不利于资源的管理和保护；而进程正相反。

1.1.1.2线程和进程的选择：

如果需要共享数据，建议使用线程。

计算密集型 和IO密集型

计算密集型：---->进程

1、视频的解码、编码

2、科学数据计算

工作需要依赖CPU，多使用进程，建议进程的数量就等于cpu的数量

IO密集型：------>线程

1、web

2、文件读写

IO经常阻塞，速度远小于CPU的速度，可以多开辟一些线程，有线程阻塞了，其它线程依然正常工作

                                        1.1.1同步的概念

1.多线程开发可能遇到的问题

同步不是一起的意思，是协同步调

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。

"同"字从字面上容易理解为一起动作

其实不是，"同"字应是指协同、协助、互相配合。

问题产生的原因：

就是没有控制多个线程对同一资源的访问，对数据造成破坏，使得线程运行的结果不可预期。这种现象称为“线程不安全”。

1.1.1互斥锁

当多个线程几乎同时修改某一个共享数据的时候，需要进行同步控制

线程同步能够保证多个线程安全访问竞争资源，最简单的同步机制是引入互斥锁。

互斥锁为资源引入一个状态：锁定/非锁定。

某个线程要更改共享数据时，先将其锁定，此时资源的状态为“锁定”，其他线程不能更改；直到该线程释放资源，将资源的状态变成“非锁定”，其他的线程才能再次锁定该资源。互斥锁保证了每次只有一个线程进行写入操作，从而保证了多线程情况下数据的正确性。

例子1:

例子2：

上锁解锁过程

当一个线程调用锁的acquire()方法获得锁时，锁就进入“locked”状态。

每次只有一个线程可以获得锁。如果此时另一个线程试图获得这个锁，该线程就会变为“blocked”状态，称为“阻塞”，直到拥有锁的线程调用锁的release()方法释放锁之后，锁进入“unlocked”状态。

线程调度程序从处于同步阻塞状态的线程中选择一个来获得锁，并使得该线程进入运行（running）状态。

总结

锁的好处：

·确保了某段关键代码只能由一个线程从头到尾完整地执行

锁的坏处：

·阻止了多线程并发执行，包含锁的某段代码实际上只能以单线程模式执行，效率就大大地下降了

·由于可以存在多个锁，不同的线程持有不同的锁，并试图获取对方持有的锁时，可能会造成死锁

死锁

线程间共享多个资源的时候，如果两个线程分别占有一部分资源并且都等待对方的资源，就会造成死锁。

说明：

避免死锁

1、·程序设计时要尽量避免（银行家算法）

2、·添加超时时间等

1.1.1同步应用

1.1.1生产者与消费者模式

1.队列：先进先出

2.栈：先进后出

3. Queue的说明

1.对于Queue，在多线程通信之间扮演重要的角色

2.添加数据到队列中，使用put()方法

3.从队列中取数据，使用get()方法

4.判断队列中是否还有数据，使用qsize()方法