每个程序员都会遇到的面试问题：谈谈进程和线程的区别

╰半橙微兮° 2022-05-08 08:52 139阅读 0赞

当你刚入职场时，无论你是用C++还是Java甚至只是应聘运维岗位，相信你都会遇到这个问题。

这是一个很基础的问题，但又是一个很考验人水平的问题。

说基础是因为每个学计算机的人都应该懂，进程线程是计算机的基础概念，是每个程序员时时刻刻都要接触的东西。

但这又是一个充满陷阱可以无限扩展和深入的一个问题。比如可以从操作系统知识扩展到计算机组成原理，可以从单线程扩展到并发编程，可以从并发编程深入到线程同步、线程安全、进程间通信等等。

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**那么我们该如何回答好这个问题呢？**

**既然要谈区别，那么首先需要理解什么是进程和线程。**

之前，我读到一篇材料，发现有一个很好的类比，可以把它们解释地清晰易懂。

> 1.计算机的核心是CPU，它承担了所有的计算任务。它就像一座工厂，时刻在运行。
> 
> 2.假定工厂的电力有限，一次只能供给一个车间使用。也就是说，一个车间开工的时候，其他车间都必须停工。背后的含义就是，单个CPU一次只能运行一个任务。
> 
> 3.进程就好比工厂的车间，它代表CPU所能处理的单个任务。任一时刻，CPU总是运行一个进程，其他进程处于非运行状态。
> 
> 4.一个车间里，可以有很多工人。他们协同完成一个任务。
> 
> 5.线程就好比车间里的工人。一个进程可以包括多个线程。
> 
> 6.车间的空间是工人们共享的，比如许多房间是每个工人都可以进出的。这象征一个进程的内存空间是共享的，每个线程都可以使用这些共享内存。
> 
> 7.可是，每间房间的大小不同，有些房间最多只能容纳一个人，比如厕所。里面有人的时候，其他人就不能进去了。这代表一个线程使用某些共享内存时，其他线程必须等它结束，才能使用这一块内存。
> 
> 8.一个防止他人进入的简单方法，就是门口加一把锁。先到的人锁上门，后到的人看到上锁，就在门口排队，等锁打开再进去。这就叫"互斥锁"（Mutual exclusion，缩写 Mutex），防止多个线程同时读写某一块内存区域。
> 
> 9.还有些房间，可以同时容纳n个人，比如厨房。也就是说，如果人数大于n，多出来的人只能在外面等着。这好比某些内存区域，只能供给固定数目的线程使用。
> 
> 10.这时的解决方法，就是在门口挂n把钥匙。进去的人就取一把钥匙，出来时再把钥匙挂回原处。后到的人发现钥匙架空了，就知道必须在门口排队等着了。这种做法叫做["][Link 1]信号量"（Semaphore），用来保证多个线程不会互相冲突。
> 
> 不难看出，mutex是semaphore的一种特殊情况（n=1时）。也就是说，完全可以用后者替代前者。但是，因为mutex较为简单，且效率高，所以在必须保证资源独占的情况下，还是采用这种设计。
> 
> 11.操作系统的设计，因此可以归结为三点：
> 
> （1）以多进程形式，允许多个任务同时运行；
> 
> （2）以多线程形式，允许单个任务分成不同的部分运行；
> 
> （3）提供协调机制，一方面防止进程之间和线程之间产生冲突，另一方面允许进程之间和线程之间共享资源。

这个类比可以很形象的说明进程与线程的区别。

当然面试的时候你不可能说上这一堆，面试官估计要跟你急，时间宝贵，我们需要用最精简的语言说出两者的概念以及区别。

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**你可以这样分点回答（面试时需要逻辑条理清晰、语言简洁、直中要害）：**

**（1）进程**

进程是程序的一次执行过程，是一个动态概念，是程序在执行过程中分配和管理资源的基本单位，每一个进程都有一个自己的地址空间，至少有 5 种基本状态，它们是：初始态，执行态，等待状态，就绪状态，终止状态。

**（2）线程**

线程是CPU调度和分派的基本单位，它可与同属一个进程的其他的线程共享进程所拥有的全部资源。

**（3）联系**

线程是进程的一部分，一个线程只能属于一个进程，而一个进程可以有多个线程，但至少有一个线程。

**（4）区别：理解它们的差别，我从资源使用的角度出发。（所谓的资源就是计算机里的中央处理器，内存，文件，网络等等）**

根本区别：进程是操作系统资源分配的基本单位，而线程是任务调度和执行的基本单位

在开销方面：每个进程都有独立的代码和数据空间（程序上下文），程序之间的切换会有较大的开销；线程可以看做轻量级的进程，同一类线程共享代码和数据空间，每个线程都有自己独立的运行栈和程序计数器（PC），线程之间切换的开销小。

所处环境：在操作系统中能同时运行多个进程（程序）；而在同一个进程（程序）中有多个线程同时执行（通过CPU调度，在每个时间片中只有一个线程执行）

内存分配方面：系统在运行的时候会为每个进程分配不同的内存空间；而对线程而言，除了CPU外，系统不会为线程分配内存（线程所使用的资源来自其所属进程的资源），线程组之间只能共享资源。

包含关系：没有线程的进程可以看做是单线程的，如果一个进程内有多个线程，则执行过程不是一条线的，而是多条线（线程）共同完成的；线程是进程的一部分，所以线程也被称为轻权进程或者轻量级进程。

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**扩展阅读**

1、为什么需要设计线程？

在传统进程模型中，进程的内涵可分为下面两个方面：

*  调度、执行的基本单位：每个进程都有自己的运行状态、优先级、寄存器等，是OS调度的基本单位。
 *  资源所有权：包括程序、数据、文件等资源。一个进程拥有对这些资源的所有权，OS则提供保护功能，避免不同进程之间的资源冲突。

既然是两个独立的功能，可不可以把它们分离呢？这就出现了线程（thread）的概念：

*  执行与调度的基本单位：thread
 *  资源所有权：process

那么执行与调度的基本单位是线程，这样设置有什么好处？

计算机操作系统里面有两个重要概念：并发和隔离。   
**并发**是为了尽量让硬件利用率高，线程是为了在系统层面做到并发。线程上下文切换效率比进程上下文切换会高很多，这样可以提高并发效率。

**隔离**也是并发之后要解决的重要问题，计算机的资源一般是共享的，隔离要能保障崩溃了这些资源能够被回收，不影响其他代码的使用。所以说一个操作系统只有线程没有进程也是可以的，只是这样的系统会经常崩溃而已，操作系统刚开始发展的时候和这种情形很像。

**所以：**线程和并发有关系，进程和隔离有关系。线程基本是为了代码并发执行引入的概念，因为要分配cpu时间片，暂停后再恢复要能够继续和没暂停一样继续执行；进程相当于一堆线程加上线程执行过程中申请的资源，一旦挂了，这些资源都要能回收，不影响其他程序。

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[1489669-20181010151601890-1267632565.png]: /images/20220508/564fbb6230e7477dae92caa19c3f49ad.png
[Link 1]: http://en.wikipedia.org/wiki/Semaphore_%28programming%29
[1489669-20181010152026946-1840329347.png]: /images/20220508/a8b4d6a14dc242e6bd8358fbfe229387.png
[1489669-20181010152224172-357853159.png]: /images/20220508/0d97b3c518864815a5107697517f1727.png
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