本文带你了解Python线程

Python线程

进程有很多优点，它提供了多道程序，可以提高计算机CPU的利用率。既然进程这么好，为什么还需要线程呢？其实细看的话，会发现这个过程还是有很多瑕疵的。

主要体现在一下几个方面：

一个进程一次只能完成一项任务。如果要同时做两个或更多的任务，就必须开启多个进程来完成多个任务。

如果进程在执行过程中被阻塞，比如等待输入，整个进程就会挂起，即使进程中的某些工作不依赖于输入数据，也无法执行。

每个进程都有自己独立的空间，所以多个进程的创建和销毁比多线程更耗时，消耗更多的系统资源。

进程是资源分配的最小单位，线程是CPU调度的最小单位。每个进程至少有一个线程。这

线程与进程的区别

可以归纳为以下4点：

1）地址空间：进程间相互独立的每个进程都有自己独立的内存空间，也就是说一个进程内的数据在另一个进程是不可见的。但同一进程中的各线程间数据是共享的。

2）通信：由于每个进程有自己独立的内存空间，所以进程间通信需要IPC，而进程内的数据对于多个线程来说是共享的，每个线程都可以访问，所以为了保证数据的一致性，需要使用锁。

3）调度和切换：线程上下文切换比进程上下文切换要快得多。

4）在多线程操作系统中，进程不是一个可执行的实体，它主要的功能是向操作系统申请一块内存空间，然后在内存空间中开线程来执行任务，相当于一个容器，容器中的线程才是真正的执行体。一个进程可以包含多个线程，而一个线程是不能包含进程的。因为进程是系统分配资源的最小单位，所以线程不能向操作系统申请自己的空间，但一个线程内可以包含多个线程。

线程的特点：

在多线程的操作系统中，通常是在一个进程中包括多个线程，每个线程都是作为利用CPU的基本单位，是花费最小开销的实体。线程具有以下属性。

1）轻型实体

线程中的实体基本上不拥有系统资源，只是有一点必不可少的、能保证独立运行的资源。

线程的实体包括程序、数据和TCB。线程是动态概念，它的动态特性由线程控制块TCB（Thread Control Block）描述。

2）独立调度和分派的基本单位。

在多线程OS中，线程是能独立运行的基本单位，因而也是独立调度和分派的基本单位。由于线程很“轻”，故线程的切换非常迅速且开销小（在同一进程中的）。

3）共享进程资源。

在同一进程中的各个线程，都可以共享该进程所拥有的资源，这首先表现在：所有线程都具有相同的进程id，这意味着，线程可以访问该进程的每一个内存资源；此外，还可以访问进程所拥有的已打开文件、定时器、信号量机构等。由于同一个进程内的线程共享内存和文件，所以线程之间互相通信不必调用内核。

4）可并发执行

一个进程中的多个线程可以并发执行，甚至一个进程中的所有线程都可以并发执行；同样，不同进程中的线程也可以并发执行，充分利用处理器和外围设备并行工作的能力。

线程的实现可以分为两类：

用户级线程（User-Level Thread）和内核级线程（Kernel-Level Thread），后者又称为内核支持线程或轻量级进程。在多线程操作系统中，各个系统的实现方法是不同的。在一些系统中，实现了用户级线程，而在一些系统中，实现了内核级线程。

用户线程和内核线程的区别：

1、内核支持线程是OS内核可感知的，而用户级线程是OS内核不可感知的。

2、用户级线程的创建、取消、调度不需要OS内核的支持，在语言（如Java）层面处理；而内核支持的线程的创建、取消和调度需要OS内核的支持，并且与Process的创建、销毁和调度大体相同。

3、用户级线程执行系统调用指令时，所属进程会被中断，而内核支持线程执行系统调用指令时，只有线程被中断。

4、在只有用户级线程的系统中，CPU调度仍然是基于进程的。一个运行进程中的多个线程由用户程序控制轮流运行；在内核支持线程的系统中，CPU调度则以线程为单位，由OS的线程调度器负责线程调度。

5、用户级线程的程序实体是运行在用户态的程序，而内核支持线程的程序实体是可以运行在任意态的程序。

内核线程的优缺点：

优点：当有多个处理器时，一个进程的多个线程可以同时执行。

缺点：由内核进行调度。

用户线程的优缺点：

优点：

线程的调度不需要内核直接参与，控制简单。

可以在不支持线程的操作系统中实现。

创建和销毁线程、线程切换成本等线程管理成本远低于内核线程。

允许每个进程自定义自己的调度算法，线程管理更加灵活。

与内核级线程相比，线程可以利用更多的表空间和堆栈空间。

同一个进程中只能同时运行一个线程。如果一个线程被系统调用阻塞，整个进程就会被挂起。此外，页面失效也会产生同样的问题。

缺点：

资源调度是根据进程进行的。多处理器下，同一个进程中的线程只能在同一个处理器下进行分时复用。