进程与线程，并发与并行简单理解

作者: 梧叶已秋声 | 来源:发表于2020-08-20 09:36 被阅读0次

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这里不管进程与线程的概念，先看看进程与线程的使用。
现有代码如下，内含加法和减法函数，程序运行时按顺序调用加法和减法函数。

public class MainActivity extends AppCompatActivity{
    private static final String TAG = "MainActivity";
    private int mInt1 = 10;
    private int mInt2 = 5;

    @Override
    protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
        super.onCreate(savedInstanceState);
        setContentView(R.layout.activity_main);
        Log.d(TAG,"add result " + add(mInt1,mInt2));
        Log.d(TAG,"subtract result " + subtract(mInt1,mInt2));

    }

    private int add(int int1,int int2){
        for (int i = 0 ; i < 500 ; i ++){
            Log.d(TAG, "inner add " + i);
        }
        return (int1 + int2);
    }

    private int subtract(int int1,int int2){
        for (int i = 0 ; i < 500 ; i ++){
            Log.d(TAG, "inner subtract " + i);
        }
        return (int1 - int2);
    }

}

运行程序（即打开app）后如下所示。

2020-08-17 16:16:50.620 11449-11449/com.example.myapplication D/MainActivity: inner add 0
2020-08-17 16:16:50.621 11449-11449/com.example.myapplication D/MainActivity: inner add 1
2020-08-17 16:16:50.621 11449-11449/com.example.myapplication D/MainActivity: inner add 2
2020-08-17 16:16:50.621 11449-11449/com.example.myapplication D/MainActivity: inner add 3
2020-08-17 16:16:50.621 11449-11449/com.example.myapplication D/MainActivity: inner add 4
2020-08-17 16:16:50.621 11449-11449/com.example.myapplication D/MainActivity: inner add 5
2020-08-17 16:16:50.621 11449-11449/com.example.myapplication D/MainActivity: inner add 6
2020-08-17 16:16:50.621 11449-11449/com.example.myapplication D/MainActivity: inner add 7
............................
2020-08-17 16:16:50.635 11449-11449/com.example.myapplication D/MainActivity: add result 15
2020-08-17 16:16:50.635 11449-11449/com.example.myapplication D/MainActivity: inner subtract 0
2020-08-17 16:16:50.635 11449-11449/com.example.myapplication D/MainActivity: inner subtract 1
2020-08-17 16:16:50.635 11449-11449/com.example.myapplication D/MainActivity: inner subtract 2
2020-08-17 16:16:50.635 11449-11449/com.example.myapplication D/MainActivity: inner subtract 3
2020-08-17 16:16:50.635 11449-11449/com.example.myapplication D/MainActivity: inner subtract 4
............................
2020-08-17 16:16:50.651 11449-11449/com.example.myapplication D/MainActivity: inner subtract 494
2020-08-17 16:16:50.651 11449-11449/com.example.myapplication D/MainActivity: inner subtract 495
2020-08-17 16:16:50.651 11449-11449/com.example.myapplication D/MainActivity: inner subtract 496
2020-08-17 16:16:50.651 11449-11449/com.example.myapplication D/MainActivity: inner subtract 497
2020-08-17 16:16:50.651 11449-11449/com.example.myapplication D/MainActivity: inner subtract 498
2020-08-17 16:16:50.652 11449-11449/com.example.myapplication D/MainActivity: inner subtract 499
2020-08-17 16:16:50.652 11449-11449/com.example.myapplication D/MainActivity: subtract result 5

运行时间从16:16:50.620到16:16:50.652，所需时间为0.032s。

现将程序简单修改，引入线程。

public class MainActivity extends AppCompatActivity{
    private static final String TAG = "MainActivity";
    private int mInt1 = 10;
    private int mInt2 = 5;

    @Override
    protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
        super.onCreate(savedInstanceState);
        setContentView(R.layout.activity_main);
        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                Log.d(TAG,"add result " + add(mInt1,mInt2));
            }
        }).start();
        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                Log.d(TAG,"subtract result " + subtract(mInt1,mInt2));
            }
        }).start();
    }

    private int add(int int1,int int2){
        for (int i = 0 ; i < 500 ; i ++){
            Log.d(TAG, "inner add " + i);
        }
        return (int1 + int2);
    }

    private int subtract(int int1,int int2){
        for (int i = 0 ; i < 500 ; i ++){
            Log.d(TAG, "inner subtract " + i);
        }
        return (int1 - int2);
    }

  }

最后log如下所示（不同设备可能运行结果略微不一样，但是总归是轮流调用add和subtract函数）。

2020-08-17 16:21:28.546 11828-11847/com.example.myapplication D/MainActivity: inner add 0
2020-08-17 16:21:28.546 11828-11847/com.example.myapplication D/MainActivity: inner add 1
2020-08-17 16:21:28.546 11828-11847/com.example.myapplication D/MainActivity: inner add 2
2020-08-17 16:21:28.546 11828-11847/com.example.myapplication D/MainActivity: inner add 3
2020-08-17 16:21:28.546 11828-11848/com.example.myapplication D/MainActivity: inner subtract 0
2020-08-17 16:21:28.546 11828-11847/com.example.myapplication D/MainActivity: inner add 4
2020-08-17 16:21:28.546 11828-11848/com.example.myapplication D/MainActivity: inner subtract 1
2020-08-17 16:21:28.546 11828-11847/com.example.myapplication D/MainActivity: inner add 5
...................................................
2020-08-17 16:21:28.559 11828-11847/com.example.myapplication D/MainActivity: inner add 498
2020-08-17 16:21:28.559 11828-11848/com.example.myapplication D/MainActivity: inner subtract 496
2020-08-17 16:21:28.559 11828-11847/com.example.myapplication D/MainActivity: inner add 499
2020-08-17 16:21:28.559 11828-11848/com.example.myapplication D/MainActivity: inner subtract 497
2020-08-17 16:21:28.559 11828-11847/com.example.myapplication D/MainActivity: add result 15
2020-08-17 16:21:28.559 11828-11848/com.example.myapplication D/MainActivity: inner subtract 498
2020-08-17 16:21:28.559 11828-11848/com.example.myapplication D/MainActivity: inner subtract 499
2020-08-17 16:21:28.559 11828-11848/com.example.myapplication D/MainActivity: subtract result 5

运行时间从16:21:28.546到16:21:28.559，所需时间为0.013s。

由此可以看出，在输出同样的日志的情况下，引入线程后，耗时减少了。

而所谓进程，是程序的一次执行，这里可以理解为app的一次打开，即一次执行。
进程通常由程序、数据和进程控制块（Process Control Block，PCB）组成。
1.进程控制块。进程控制块是进程存在的唯一标志。

《软件设计师教程》

这里我只看看进程标识符。
进程标识符就是PID，每个应用在打开后，系统会给app分配一个标识符。

cmd进入控制台。

adb shell
ps

image.png

显示当前所有进程，打开app后，输入ps |grep + 包名。

ps |grep com.example

u0_a119   29441 759   1678764 45676 SyS_epoll_ 0000000000 S com.example.myapplication

出处：Android 查看进程ID（PID）比较进程优先级
各列参数意义：
USER 进程当前用户；
PID Process ID，进程ID；
PPID Process Parent ID，进程的父进程ID；
VSIZE Virtual Size，进程的虚拟内存大小；
RSS Resident Set Size，实际驻留”在内存中”的内存大小；
WCHAN 休眠进程在内核中的地址；
PC Program Counter；
NAME 进程名；

2.程序。
程序部分描述了进程需要完成的功能。我这里的demo就是加减数据的功能。
3.数据。
数据部分包括程序执行时所需的数据及工作区。
这里涉及到程序执行时数据的存储。
一个可执行文件运行起来的话它就变成了进程，然后系统会给进程分配一个4G大小的虚拟地址空间。其中前3G内存是用户空间，最后1G是内核空间。所有的进程有各自的用户空间，但所有的进程都共享一个内核空间。

https://blog.csdn.net/czc1997/article/details/81159126

线程：

出处：《软件设计师教程》
传统的进程有两个基本属性：可拥有资源的独立单位；可独立调度和分配的基本单位。由于在进程的创建、撤销和切换中，系统必须为之付出较大的时空开销，因此在系统中设置的进程数目不宜过多，进程切换的频率不宜太高，这就限制了并发程度的提高。引入线程后，将传统进程的两个基本属性分开，线程作为调度和分配的基本单位，进程作为独立分配资源的单位。用户可以通过创建线程来完成任务，以减少程序并发执行时付出的时空开销。

进程与线程的定义为：

线程作为调度和分配的基本单位，进程作为独立分配资源的单位。用户可以通过创建线程来完成任务，以减少程序并发执行时付出的时空开销。

现在来看并发与并行。

并发（concurrency）和并行（parallelism）的区别
并发性(concurrency)，又称共行性，是指能处理多个同时性活动的能力，并发事件之间不一定要同一时刻发生。
并行(parallelism)是指同时发生的两个并发事件，具有并发的含义，而并发则不一定并行。

将代码稍微修改，执行减法之前先休眠。

        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                Log.d(TAG,"add result " + add(mInt1,mInt2));
            }
        }).start();

        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                try {
                    Thread.currentThread().sleep(1);
                } catch (InterruptedException e) {
                    // TODO Auto-generated catch block
                    e.printStackTrace();
                }
                Log.d(TAG,"subtract result " + subtract(mInt1,mInt2));
            }
        }).start();

2020-08-17 16:41:31.668 14006-14032/com.example.myapplication D/MainActivity: inner add 0
2020-08-17 16:41:31.668 14006-14032/com.example.myapplication D/MainActivity: inner add 1
2020-08-17 16:41:31.668 14006-14032/com.example.myapplication D/MainActivity: inner add 2
2020-08-17 16:41:31.668 14006-14032/com.example.myapplication D/MainActivity: inner add 3
2020-08-17 16:41:31.668 14006-14032/com.example.myapplication D/MainActivity: inner add 4
2020-08-17 16:41:31.668 14006-14032/com.example.myapplication D/MainActivity: inner add 5
2020-08-17 16:41:31.668 14006-14032/com.example.myapplication D/MainActivity: inner add 6
2020-08-17 16:41:31.668 14006-14032/com.example.myapplication D/MainActivity: inner add 7
2020-08-17 16:41:31.668 14006-14032/com.example.myapplication D/MainActivity: inner add 8
2020-08-17 16:41:31.668 14006-14032/com.example.myapplication D/MainActivity: inner add 9
2020-08-17 16:41:31.668 14006-14032/com.example.myapplication D/MainActivity: inner add 10
2020-08-17 16:41:31.668 14006-14032/com.example.myapplication D/MainActivity: inner add 11
2020-08-17 16:41:31.668 14006-14032/com.example.myapplication D/MainActivity: inner add 12
................................
2020-08-17 16:41:31.669 14006-14032/com.example.myapplication D/MainActivity: inner add 49
2020-08-17 16:41:31.669 14006-14033/com.example.myapplication D/MainActivity: inner subtract 0
2020-08-17 16:41:31.669 14006-14032/com.example.myapplication D/MainActivity: inner add 50
2020-08-17 16:41:31.669 14006-14033/com.example.myapplication D/MainActivity: inner subtract 1
2020-08-17 16:41:31.669 14006-14032/com.example.myapplication D/MainActivity: inner add 51
2020-08-17 16:41:31.669 14006-14033/com.example.myapplication D/MainActivity: inner subtract 2
................................

2020-08-17 16:41:31.682 14006-14032/com.example.myapplication D/MainActivity: inner add 499
2020-08-17 16:41:31.682 14006-14033/com.example.myapplication D/MainActivity: inner subtract 436
2020-08-17 16:41:31.682 14006-14032/com.example.myapplication D/MainActivity: add result 15
2020-08-17 16:41:31.682 14006-14033/com.example.myapplication D/MainActivity: inner subtract 437
2020-08-17 16:41:31.682 14006-14033/com.example.myapplication D/MainActivity: inner subtract 438
................................
2020-08-17 16:41:31.684 14006-14033/com.example.myapplication D/MainActivity: inner subtract 496
2020-08-17 16:41:31.684 14006-14033/com.example.myapplication D/MainActivity: inner subtract 497
2020-08-17 16:41:31.684 14006-14033/com.example.myapplication D/MainActivity: inner subtract 498
2020-08-17 16:41:31.684 14006-14033/com.example.myapplication D/MainActivity: inner subtract 499
2020-08-17 16:41:31.684 14006-14033/com.example.myapplication D/MainActivity: subtract result 5

由于执行加法和减法函数的开始时间不同，16:41:31.668开始打印加法函数中的log，16:41:31.669开始打印减法函数中的log，并且，到16:41:31.669时加函数并未完成，因此此时程序是并发执行，而不是并行执行。
时间轴如下所示。

image.png

如果没有使用延时的情况下，也就是代码如下的情况下。


        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                Log.d(TAG,"add result " + add(mInt1,mInt2));
            }
        }).start();
        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                Log.d(TAG,"subtract result " + subtract(mInt1,mInt2));
            }
        }).start();
    }

时间轴如下所示。

image.png

log打印开始时间是同一时间，并且同时打印log，因此是程序是并行执行，并且也是并发执行。

参考链接：
并发（concurrency）和并行（parallelism）的区别
《软件设计师教程》
Android 查看进程ID（PID）比较进程优先级

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