0. 进程与线程
进程是应用程序在某块独立内存上的运行活动，是系统进行资源分配的基本单位。各个进程之间互不干扰，包括程序段、数据、PCB。
- 程序段：程序运行的代码；
- 数据段：程序运行期的相关数据；
- PCB 进程控制块：描述进程的基本情况和运行状态，控制和管理进程。是进程存在的唯一标识。
线程是进程的子任务，线程依赖于进程存在，每个进程可以包含多个线程。线程是CPU进行任务调度的基本单位。
0.1 进程与线程的区别
- 进程是一个独立的运行环境，而线程是在进程中执行的一个任务，线程依赖于进程而存在。他们本质的区别是是否单独占有内存地址空间及其它系统资源（比如I/O）：
- 数据共享与数据同步：进程单独占有内存地址空间，所以数据共享复杂但是同步简单，各个进程之间互不干扰；而多个线程共享其所属进程的内存地址空间和资源，数据共享简单，但是同步复杂。
- 可靠性：多进程比多线程更可靠，一个进程出现问题不会影响其他进程，不影响主程序的稳定性，可靠性高；一个线程崩溃可能影响整个程序的稳定性，可靠性较低。
- 创建、切换的复杂性：进程是重量级的，而线程是轻量级的。进程的创建和销毁不仅需要保存寄存器和栈信息，还需要资源的分配回收以及页调度，开销较大；线程只需要保存寄存器和栈信息，开销较小。
- 进程是操作系统进行资源分配的基本单位，而线程是CPU调度的基本单位。线程切换不会引起进程切换。
进程的状态
- 创建：分配资源，创建PCB；
- 就绪：准备运行，等待CPU时间片；
- 运行：正在CPU上运行；
- 阻塞：进程等待某一事件而暂停运行，如等待资源可用或IO完成；
- 结束：进程结束，进行资源释放与回收。
进程通信
- 共享内存
- 消息队列：发送消息到缓冲队列，然后另一个进程接收
- 管道通信：管道是连通读进程与写进程的pipe文件，管道是半双工的，同一时刻单向传输。
线程通信
线程通信通过共享变量，线程同步采用锁、信号量等机制。
多进程与多线程的选择问题
- 需要频繁创建、销毁时用线程；
- 在稳定性优先的环境中，使用多进程，保证系统的可靠性；
协程
协程比线程更轻量级，它运行在用户态。协程运行时在方法内部是可中断的，然后转而执行其他协程。协程相当于在同一个线程中的并发。
协程的执行效率很高，协程的切换由程序自己控制，没有线程切换的开销。
协程中控制共享资源可以不加锁，通过判断状态来进行，因此执行效率更高。
0.2 上下文切换
上下文指某一时间点的 CPU 寄存器和程序计数器的内容。
上下文切换是指 CPU 从一个进程（线程）切换到另一个进行（线程）。
CPU 为某个线程分配 CPU 时间片来实现多线程机制，CPU 通过时间片分配算法来循环执行任务，当前任务执行一个时间片后会切换到下一个任务。
- 在任务切换前会保存上一个任务的运行状态，该任务从保存到加载的过程就是一次上下文切换。
0.3 线程的实现
线程的 3 种实现方式：
- 直接使用内核线程 1:1 实现
- 使用用户线程 1：N实现
- 使用用户线程+轻量级线程混合实现 N:M实现
0.3.1 内核线程实现
内核线程直接由操作系统内核来支持，并由内核来完成线程切换，内核通过操作调度器对线程进行调度，并将线程映射到处理器上。
内核线程的升级版是轻量级进程，每个轻量级进程对应一个内核线程。1:1的对应关系。
缺点是：
- 线程操作需要进行系统调用，代价高，需要在用户态和内核态之间来回切换。切换的主要成本在于响应中断、保护和恢复现场。
- 要占用内核资源，如内核线程的栈空间，从而限制了线程数量。
0.3.2 用户线程实现
用户线程指完全建立在用户空间的线程库上，内核不能感知用户线程的存在及具体实现。
- 用户线程的建立、同步、销毁、调度完全在用户态进行，不需要内核的帮助。
- 快速、高效，支持大规模。
0.3.3 混合实现
既存在轻量级线程，又存在用户线程。轻量级线程作为用户线程和内核线程之间的桥梁，用户线程的系统调用要通过轻量级进程来实现。
0.3.4 Java 中的线程实现
主流 JVM 采用直接把 Java 线程一对一映射到操作系统的原生线程，中间没有额外的间接结构，底层完全由操作系统来解决。也有少数的 JVM 采用其他两种线程的实现方式。
0.4 Java 线程调度
线程调度是指 CPU 为线程分配时间片的过程。
线程调度有两种方式：
- 协同式调度 Cooperative Threads-Scheduling
- 抢占式调度 Preemptive Threads-Scheduling
Java 中使用的是抢占式调度。
线程调度可以通过设置线程的优先级来给操作系统建议，Java 中线程优先级有十种。但是线程调度最终还是操作系统决定。因为：
- 操作系统的优先级数目可能比 Java 中的线程优先级数目少，如 Windows 中就只有 7 种，所以 Java 中不同的优先级可能对应到相同的操作系统优先级。
- 优先级可能会被系统自动改变。
0.5 线程同步
线程同步指多个线程访问同一个资源应该互斥访问。当有一个线程正在访问该资源时，其他线程都应等待，直到该线程访问结束。
