Javaᶜⁿ 面试突击

进程和线程是操作系统中的两个核心概念，它们的出现是为了更好地管理计算机资源和提高系统的运行效率，使用它们可以实现多任务同时运行，从而提高了系统资源的利用率。

定义

进程和线程的区别也是很明显的，进程是资源分配的最小单位，线程是 CPU 调度的最小单位。具体来说：

  • 进程（Process）是指正在运行的一个程序的实例。每个进程都拥有的资源：堆、栈、虚存空间（页表）、文件描述符等信息。在 Java 中，每个进程都由一个主线程（main thread）启动。当进程运行时，操作系统会为其分配一个进程号，并将其作为一个独立的实体来进行管理。
  • 线程（Thread）是指进程中的一个执行单元，是 CPU 调度和分派的基本单位，它是比进程更小的能独立运行的基本单位。在 Java 中，每个线程都拥有自己的栈空间和程序计数器，并且可以访问共享的堆内存。

举例说明

举例例子，假设你正在玩一款游戏，那么这个过程可以被看作是一个进程。在这个进程中，有很多不同的任务需要同时运行，比如说渲染游戏画面、处理玩家的输入、播放音效等等，这些任务可以被看作是不同的线程。 具体来说，渲染游戏画面的任务可以被看作是一个线程，处理玩家的输入也是一个线程，播放音效也可以是一个线程。这些线程可以同时运行，并且它们之间可以共享进程的内存空间，以便彼此之间传递信息和数据。

另外，如果你同时打开了两个不同的游戏，那么这就是两个独立的进程。这两个进程之间无法直接共享内存空间，它们需要使用进程间通信（IPC）机制来进行通信和数据传递。而且如果一个游戏崩溃了，另一个游戏不会受到影响，因为它们是独立的进程。

代码使用

进程使用

在 Java 中，创建进程的示例代码如下：

public class CreateProcessDemo {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            // 通过 ProcessBuilder 创建一个新的进程
            ProcessBuilder processBuilder = new ProcessBuilder("notepad.exe");
            Process process = processBuilder.start();

            // 等待进程结束
            int exitCode = process.waitFor();
            System.out.println("进程已结束，退出码为：" + exitCode);
        } catch (IOException | InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

在这个示例中，我们使用了 ProcessBuilder 类来创建一个新的进程，这里我们创建了一个名为 notepad.exe 的进程，即打开记事本应用程序。

然后，我们调用 waitFor() 方法等待进程结束，并获取进程的退出码。最后，我们将退出码输出到控制台。 当你运行这个程序时，会看到一个新的记事本窗口弹出来，这就是我们创建的进程。当你关闭记事本窗口时，程序会继续执行，输出进程的退出码。

需要注意的是，使用进程时要格外小心，因为它们可以直接操作系统资源，并对系统造成影响。所以在使用进程时，一定要谨慎处理，并确保代码的安全性和稳定性。

线程使用

在 Java 中，创建线程的示例代码如下：

public class CreateThreadDemo {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建一个新的线程
        Thread thread = new Thread(() -> {
            System.out.println("线程开始执行");
            try {
                Thread.sleep(5000); // 模拟线程执行耗时任务
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println("线程执行完成");
        });
        // 启动线程
        thread.start();
        System.out.println("主线程继续执行");
    }
}

在这个示例中，我们使用了 Thread 类来创建一个新的线程。在 Thread 的构造函数中，我们传入了一个 Runnable 接口的实现，该实现定义了线程的任务，这里我们只是简单地输出一些信息并模拟了一个耗时任务。 然后，我们调用 start() 方法来启动线程。当线程启动后，它会执行 run() 方法中定义的任务，同时主线程会继续执行。在这个示例中，我们在主线程中输出了一条信息。

需要注意的是，使用线程时同样需要谨慎处理，因为线程可以直接操作共享资源，并对系统造成影响。在使用线程时，需要确保线程的安全性和稳定性，同时避免出现线程安全问题，比如死锁等问题。

进程 VS 线程

线程可以看作是轻量级的进程，一个进程中包含了多个线程，因此多个线程间可以共享进程资源，线程和进程的关系如下图所示： image.png 其中，堆和方法区是可以共享的区域，而程序计数器和栈是每个线程私有的。

  • 程序计数器是一块内存区域，用来记录线程当前要执行的指令地址。
  • 栈是用来记录每个线程自己的局部变量的。
  • 堆中存放的是当前程序创建的所有对象。
  • 方法区存放的是常量和静态变量等信息。

总的来说，进程和线程的区别主要有以下几点：

  1. 进程是系统分配资源的基本单位，线程是程序执行的基本单位；
  2. 进程拥有独立的内存空间和资源，而线程则共享进程的内存和资源；
  3. 进程之间的通信比较复杂，而线程之间可以直接共享数据；
  4. 进程的切换代价比较大，需要保存上下文和状态，而线程的切换代价比较小，因为它们共享进程的资源。

小结

进程是系统分配资源的基本单位，线程是程序执行的基本单位。一个进程中至少包含一个线程，线程不能独立于进程而存在。进程不能共享资源，而线程可以。线程可以看作是轻量级的进程，但它们的定义、资源共享方式、切换代价等都不同。

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