进程与线程的区别与联系

进程和线程是操作系统的两个核心概念。408 考试和面试中，二者的对比是必考内容。

基本概念

进程是程序在数据集合上的一次执行过程，是系统进行资源分配的基本单位。

线程是进程内的执行实体，是 CPU 调度的基本单位。一个进程可以包含多个线程，它们共享进程的资源。

graph TD
    A[操作系统] --> B[进程 1]
    A --> C[进程 2]
    B --> D[线程 1]
    B --> E[线程 2]
    B --> F[线程 3]
    C --> G[线程 1]
    B --- H[共享: 代码段/数据段/堆]
    D --- I[私有: 寄存器/栈/PC]

五个维度对比

维度	进程	线程
资源	独立的地址空间	共享进程的地址空间
调度	切换开销大	切换开销小
通信	管道、消息队列、共享内存	直接读写共享变量
开销	创建/销毁大	创建/销毁小
安全性	一个崩溃不影响其他	一个崩溃可能导致整个进程崩溃

进程间通信（IPC）

由于进程有独立的地址空间，需要操作系统提供 IPC 机制：管道、共享内存、消息队列、信号量、Socket。

线程同步：生产者-消费者

class BoundedBuffer<T> {
    private final Object[] items;
    private int putIdx, takeIdx, count;
    private final ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
    private final Condition notFull = lock.newCondition();
    private final Condition notEmpty = lock.newCondition();

    public BoundedBuffer(int capacity) { items = new Object[capacity]; }

    @SuppressWarnings("unchecked")
    public T take() throws InterruptedException {
        lock.lock();
        try {
            while (count == 0) notEmpty.await();
            T item = (T) items[takeIdx];
            items[takeIdx] = null;
            if (++takeIdx == items.length) takeIdx = 0;
            count--;
            notFull.signal();
            return item;
        } finally { lock.unlock(); }
    }

    public void put(T item) throws InterruptedException {
        lock.lock();
        try {
            while (count == items.length) notFull.await();
            items[putIdx] = item;
            if (++putIdx == items.length) putIdx = 0;
            count++;
            notEmpty.signal();
        } finally { lock.unlock(); }
    }
}

死锁的四个必要条件

1. 互斥：资源同一时刻只能被一个线程使用
2. 占有并等待：持有资源的同时等待另一个
3. 不可剥夺：资源不能被强行夺走
4. 循环等待：多个线程形成环形等待链

避免死锁

• 固定锁顺序：所有线程按相同顺序获取锁
• 设置超时：lock.tryLock(timeout) 避免无限等待
• 死锁检测：定时检查并主动中断

上下文切换开销

切换类型	耗时级别	原因
进程切换	微秒级	切换地址空间、页表、TLB 刷新
线程切换	亚微秒级	只切换寄存器、栈指针

小结

进程是资源分配的单位，线程是 CPU 调度的单位。进程隔离性好但通信开销大，线程轻量但需仔细处理同步。