一、进程/线程相关概念
进程和线程是操作系统的基本概念，许多人会有所了解，但不能较为清晰的分辨。
这里我们需要了解下面几个点：
进程
进程是一个具有一定独立功能的程序在一个数据集上的一次动态执行的过程，是操作系统进行资源分配和调度的一个独立单位，是应用程序运行的载体。
具体来说：我们通常编写的代码只是一个存储在硬盘的静态文件，通过编译后就会生成二进制可执行文件，当我们运行这个可执行文件后，它会被装载到内存中，接着 CPU 会执行程序中的每一条指令，那么这个运行中的程序，就被称为进程（Process）。
中断
现在我们考虑一个场景：有一个会读取硬盘文件数据的程序被执行了，那么当运行到读取文件的指令时，就会去从硬盘读取数据，但是硬盘的读写速度是非常慢的，那么在这个时候，如果 CPU 傻傻的等硬盘返回数据的话，那 CPU 的利用率是非常低的。
所以，当进程要从硬盘读取数据时，CPU 不需要阻塞等待数据的返回，而是去执行另外的进程。当硬盘数据返回时，CPU 会收到中断请求，于是 CPU 再继续运行这个进程。
中断是指计算机运行过程中，出现某些意外情况需主机干预时，机器能自动停止正在运行的程序并转入处理新情况的程序，处理完毕后又返回原被暂停的程序继续运行。
例如下面进程1与进程2中断过程：
- 当进程1读取硬盘数据时，CPU中断切换进程1从而执行进程2
- 当进程2硬盘读完数据后，给CPU发送中断，CPU恢复执行进程1
这种多个程序、交替执行的思想，就有 CPU 管理多个进程的初步想法。
并发与并行
对于一个支持多进程的系统，CPU 会从一个进程快速切换至另一个进程，其间每个进程各运行几十或几百个毫秒。
虽然单核的 CPU 在某一个瞬间，只能运行一个进程。但在 1 秒钟期间，它可能会运行多个进程，这样就产生并行的错觉，实际上这是并发。
并发
在操作系统中，是指一个时间段中有几个程序都处于已启动运行到运行完毕之间，且这几个程序都是在同一个处理机上运行。
这里划重点就是：同一个处理机上运行的程序，也就是在一个CPU上不断切换程序让他们看一了『同时运行』一样
并行
并行（Parallel），当系统有一个以上CPU时，当一个CPU执行一个进程时，另一个CPU可以执行另一个进程，两个进程互不抢占CPU资源，可以同时进行，这种方式我们称之为并行(Parallel)。
这里面有一个很重要的点，那就是系统要有多个CPU才会出现并行。在有多个CPU的情况下，才会出现真正意义上的『同时运行』。
举例说明：
我们两个人在吃午饭。你在吃饭的整个过程中，吃了米饭、吃了蔬菜、吃了牛肉。吃米饭、吃蔬菜、吃牛肉这三件事其实就是并发执行的。
对于你来说，整个过程中看似是同时完成的的。但其实你是在吃不同的东西之间来回切换的。
还是我们两个人吃午饭。在吃饭过程中，你吃了米饭、蔬菜、牛肉。我也吃了米饭、蔬菜和牛肉。
我们两个人之间的吃饭就是并行的。两个人之间可以在同一时间点一起吃牛肉，或者一个吃牛肉，一个吃蔬菜。之间是互不影响的。
二者的区别图如下：
线程
线程是能拥有资源和独立运行的最小单位，也是程序执行的最小单位。也可以具体的说：线程是进程当中的一条执行流程。
任务调度采用的是时间片轮转的抢占式调度方式，而进程是任务调度的最小单位，每个进程有各自独立的一块内存，使得各个进程之间内存地址相互隔离。
随着计算机的发展，对CPU的要求越来越高，进程之间的切换开销较大，已经无法满足越来越复杂的程序的要求了。于是就发明了线程，线程是程序执行中一个单一的顺序控制流程，是程序执行流的最小单元。
同一个进程内多个线程之间可以共享代码段、数据段、打开的文件等资源，但每个线程各自都有一套独立的寄存器和栈，这样可以确保线程的控制流是相对独立的。
例如下图的每一块都是一个进程，在每一个的进程内存中线程是其中一次的执行流程。
线程分类
操作系统运行过程中主要有三种线程：
- 用户线程（User Thread）：在用户空间实现的线程，不是由内核管理的线程，是由用户态的线程库来完成线程的管理；
- 内核线程（Kernel Thread）：在内核中实现的线程，是由内核管理的线程；
- 轻量级进程（LightWeight Process）：在内核中来支持用户线程；
多进程和多线程
总的来说就是多个线程/进程在某一运行环境中执行
- 多进程：多进程指的是在同一个时间里，同一个计算机系统中如果允许两个或两个以上的进程处于运行状态。多进程带来的好处是明显的，比如你可以听歌的同时，打开编辑器敲代码，编辑器和听歌软件的进程之间丝毫不会相互干扰。
- 多线程是指程序中包含多个执行流，即在一个程序中可以同时运行多个不同的线程来执行不同的任务，也就是说允许单个程序创建多个并行执行的线程来完成各自的任务。
看完了进程线程的相关理解，下面我们再来看一个非常重要的概念：上下文
上下文
什么是上下文？
这个其实在之前Spring中也有理解，上下文可以简单理解为一个程序运行的环境，在这个环境里提供程序运行必要的依赖，比如说存储、计数等
什么是上下文切换
那么上下文切换就可以理解为是运行程序间环境的切换。
进程上下文
各个进程之间是共享 CPU 资源的，在不同的时候进程之间需要切换，让不同的进程可以在 CPU 执行，那么这个一个进程切换到另一个进程运行的过程，称为进程的上下文切换。
下面我们来看一下具体的进程上下文切换的内容：
进程的上下文切换到底是切换什么呢？
进程是由内核管理和调度的，所以进程的切换只能发生在内核态。
所以，进程的上下文切换不仅包含了虚拟内存、栈、全局变量等用户空间的资源，还包括了内核堆栈、寄存器等内核空间的资源。
通常，会把交换的信息保存在进程的 PCB，当要运行另外一个进程的时候，我们需要从这个进程的 PCB 取出上下文，然后恢复到 CPU 中，这使得这个进程可以继续执行，如下图所示：
大家需要注意，进程的上下文开销是很关键的，我们希望它的开销越小越好，这样可以使得进程可以把更多时间花费在执行程序上，而不是耗费在上下文切换。
进程上下文切换的场景
- 为了保证所有进程可以得到公平调度，CPU 时间被划分为一段段的时间片，这些时间片再被轮流分配给各个进程。这样，当某个进程的时间片耗尽了，进程就从运行状态变为就绪状态，系统从就绪队列选择另外一个进程运行；
- 进程在系统资源不足（比如内存不足）时，要等到资源满足后才可以运行，这个时候进程也会被挂起，并由系统调度其他进程运行；
- 当进程通过睡眠函数 sleep 这样的方法将自己主动挂起时，自然也会重新调度；
- 当有优先级更高的进程运行时，为了保证高优先级进程的运行，当前进程会被挂起，由高优先级进程来运行；
- 发生硬件中断时，CPU 上的进程会被中断挂起，转而执行内核中的中断服务程序；
以上，就是发生进程上下文切换的常见场景了。
线程上下文
在前面我们知道了，线程与进程最大的区别在于：线程是调度的基本单位，而进程则是资源拥有的基本单位。
所以，所谓操作系统的任务调度，实际上的调度对象是线程，而进程只是给线程提供了虚拟内存、全局变量等资源。
对于线程和进程上下文，我们可以这么理解：
- 当进程只有一个线程时，可以认为进程就等于线程；
- 当进程拥有多个线程时，这些线程会共享相同的虚拟内存和全局变量等资源，这些资源在上下文切换时是不需要修改的；
另外，线程也有自己的私有数据，比如栈和寄存器等，这些在上下文切换时也是需要保存的。
那么线程上下文切换的是什么？
这还得看线程是不是属于同一个进程：
- 当两个线程不是属于同一个进程，则切换的过程就跟进程上下文切换一样；
- 当两个线程是属于同一个进程，因为虚拟内存是共享的，所以在切换时，虚拟内存这些资源就保持不动，只需要切换线程的私有数据、寄存器等不共享的数据；
所以，线程的上下文切换相比进程，开销要小很多。
扩展：协程
在学习过程当中还时常会碰见协程这个词，下面来简单看一下它的概念，只需要简单理解即可
协程：协程是微线程，在子程序内部执行，可在子程序内部中断，转而执行别的子程序，在适当的时候再返回来接着执行。
线程与协程的区别：
（1）协程执行效率极高。协程直接操作栈基本没有内核切换的开销，所以上下文的切换非常快，切换开销比线程更小。
（2）协程不需要多线程的锁机制，因为多个协程从属于一个线程，不存在同时写变量冲突，效率比线程高。
（3）一个线程可以有多个协程。
协程的优势：
（1）协程调用跟切换比线程效率高：协程执行效率极高。协程不需要多线程的锁机制，可以不加锁的访问全局变量，所以上下文的切换非常快。
（2）协程占用内存少：执行协程只需要极少的栈内存（大概是4～5KB），而默认情况下，线程栈的大小为1MB。
（3）切换开销更少：协程直接操作栈基本没有内核切换的开销，所以切换开销比线程少。
二、进程/线程区别与关系
进程和线程的区别
- 进程是操作系统分配资源的最小单位，线程是程序执行的最小单位。
- 一个进程由一个或多个线程组成，线程是一个进程中代码的不同执行路线；
- 进程之间相互独立，但同一进程下的各个线程之间共享程序的内存空间(包括代码段、数据集、堆等)及一些进程级的资源(如打开文件和信号)。
- 调度和切换：线程上下文切换比进程上下文切换要
快得多（刚才对上下文的探究）。
进程和线程的关系
- 一个线程从属于一个进程；一个进程可以包含多个线程。
- 一个线程挂掉，可能会对应的进程挂掉；一个进程挂掉，不会影响其他进程。
- 进程是系统资源调度的最小单位；线程是CPU调度的最小单位。
- 进程系统开销显著大于线程开销；线程需要的系统资源更少。
- 进程在执行时拥有独立的内存单元，多个线程共享进程的内存，如代码段、数据段、扩展段；但每个线程拥有自己的栈段和寄存器组。
- 进程切换时需要刷新TLB并获取新的地址空间，然后切换硬件上下文和内核栈，线程切换时只需要切换硬件上下文和内核栈。(TLB: 转译后备缓冲区)
- 通信方式不一样（具体通信方式详见下文）。
- 进程适应于多核、多机分布；线程适用于多核
