93. 进程与线程

从任务管理器说起

打开 Windows 任务管理器，你会看到一列正在运行的程序：浏览器、编辑器、音乐播放器。

每一个运行中的程序，就是一个进程。

进程是操作系统分配资源的基本单位。系统给每个进程划一块独立的内存空间，进程 A 改不了进程 B 的数据，这就是所谓的「隔离」。一个程序崩了不会拖垮其他程序，靠的就是这层隔离。

再往下看，任务管理器里每个进程还能展开，显示它包含多少个线程。

线程是进程内部的执行单元

线程是进程里的一条执行路径，是 CPU 调度的基本单位。

一个进程至少有一个线程，也可以有很多个。同一个进程内的所有线程共享这个进程的内存空间——同一份变量，谁都能读，谁都能写。

拿餐厅打比方：整个餐厅是一个进程，占着一个铺面、一套厨具、一批食材；服务员就是线程，他们共用这些资源，各自负责不同的桌子。

再开一家分店就是新起一个进程，铺面和食材完全独立。多招几个服务员就是新起线程，成本低得多，但会抢厨具。

两者的关键差异

对比项	进程	线程
定义	资源分配的单位	调度执行的单位
内存	相互独立	共享所属进程的内存
创建开销	大	小
切换开销	大	小
通信方式	管道、Socket、共享内存等	直接读写共享变量
相互影响	一个崩了不影响别的	一个崩了可能拖垮整个进程

最后一行值得画重点。线程共享内存带来了效率，也带来了风险——某个线程把共享数据搞乱了，整个进程都得跟着遭殃。

并发不等于并行

这两个词经常被混用，但含义不同。

并发是指多个任务在同一时间段内都在推进。并行是指多个任务在同一时刻真正同时执行。

单核 CPU 上只有并发，没有并行。操作系统把 CPU 时间切成极小的片段，轮流分给各个线程，切换速度快到人察觉不出来，看起来像是同时在跑。

多核 CPU 才有真正的并行。4 个核心可以同时执行 4 个线程，互不占用对方的时间。

线程共享什么、独占什么

理解并发问题的前提，是搞清楚内存怎么划分。

共享的部分：

• 堆：所有对象实例都在这里，任何线程都能访问
• 方法区：类信息、静态变量、常量池

独占的部分：

• 虚拟机栈：方法调用的栈帧，局部变量放在这里
• 程序计数器：记录当前线程执行到哪一行字节码

这个划分直接决定了什么代码有线程安全问题。

局部变量在栈上，每个线程一份，天然安全。成员变量和静态变量在堆和方法区，被共享，多线程同时改就可能出错。

用代码看一眼

Java 程序启动时，JVM 会自动创建一个 main 线程来执行 main 方法。但它不是唯一的线程：

public class ThreadInfo {
    public static void main(String[] args) {
        Thread current = Thread.currentThread();
        System.out.println("当前线程名：" + current.getName());
        System.out.println("线程 ID：" + current.threadId());
        System.out.println("是否守护线程：" + current.isDaemon());

        System.out.println("可用处理器核数：" +
                Runtime.getRuntime().availableProcessors());
        System.out.println("当前活动线程数：" + Thread.activeCount());
    }
}
```text

输出类似：

```text
当前线程名：main
线程 ID：1
是否守护线程：false
可用处理器核数：8
当前活动线程数：1

Thread.activeCount() 只统计当前线程组的线程。实际上后台还跑着垃圾回收、JIT 编译等线程，它们由 JVM 管理，业务代码看不到。

threadId() 是 Java 19 引入的方法，替代了旧的 getId()。

多线程能带来什么

提升响应速度。桌面程序把耗时任务丢给后台线程，界面线程继续响应点击，用户不会看到卡死的窗口。

提高吞吐量。一个 Web 服务器同时处理上千个请求，每个请求一个线程（或者交给线程池），总处理量远超单线程。

充分利用多核。一份大数据切成 8 份交给 8 个线程算，理论上能快 8 倍。单线程再怎么优化也只能用一个核。

掩盖 I/O 等待。读磁盘、等网络响应时 CPU 是闲着的。此时切到别的线程干活，整体效率就上去了。

代价也不小

多线程不是免费的午餐。

线程安全问题。多个线程改同一份数据，结果可能不符合预期。这类 bug 往往偶发，测试环境跑一万次都正常，上线就出问题，排查困难。

上下文切换开销。CPU 从一个线程切到另一个线程，要保存和恢复寄存器、刷新缓存。线程开太多，CPU 大部分时间都花在切换上，实际干活反而少了。

内存占用。每个线程默认要分配 1MB 左右的栈空间。开一千个线程就是 1GB，很容易撑爆内存。

死锁风险。两个线程互相等对方释放锁，谁也动不了，程序永久卡住。

多进程还是多线程

两种方案都能实现并发，取舍看场景。

需要强隔离、单个任务崩溃不能影响全局，选多进程。浏览器给每个标签页开独立进程就是这个道理，一个页面崩了不至于整个浏览器关掉。

需要频繁共享数据、创建销毁频繁，选多线程。开销小，通信直接读写内存即可。

Java 的定位很明确：主推多线程。语言层面内置了 Thread、synchronized、java.util.concurrent 一整套工具，多进程反而要借助 ProcessBuilder 调用外部命令，不那么顺手。

本节小结

• 进程是资源分配单位，内存相互隔离；线程是调度单位，共享进程内存。
• 并发是交替推进，并行是同时执行，单核只有并发。
• 堆和方法区共享，栈和程序计数器线程独占。
• 只用局部变量的方法天然线程安全。
• main 线程由 JVM 自动创建，后台还有 GC 等系统线程。
• 多线程提升响应和吞吐，代价是线程安全、切换开销、内存占用和死锁风险。
• Java 的并发模型以多线程为主。