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一文讲解进程、线程、多进程、多线程的优缺点

看不見的法師

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发布时间:2025-07-14 08:12:36

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来源于php中文网

原创

一文讲解进程、线程、多进程、多线程的优缺点

一. 在Linux下编程,多进程编程较多使用,而多线程编程相对较少。IBM的一位工程师进行了测试,发现切换线程上下文时,Windows比Linux快一倍多。使用最快的锁(Windows 2000的临界区和Linux的pthread_mutex),Windows的速度比Linux快约五倍。当然,这并不意味着Linux不好,经过实际编程后,综合来看,我认为Linux更适合构建高性能服务器,但在多线程这一具体领域,Linux稍逊于Windows。这是可以理解的,因为Unix家族起源于多进程,而Windows从一开始就是多线程的。

如果是在UNIX/Linux环境下,使用多线程并无必要。多线程比多进程性能高?这是误导!应该说,多线程比多进程成本低,但性能较低。在UNIX环境中,多进程调度开销与多线程调度开销没有显著差异,也就是说,UNIX进程调度效率非常高。内存消耗方面,两者仅在全局数据区有所不同,现在内存价格低廉,服务器内存动辄几G,这不是问题。

多进程好比立体交通系统,虽然建设成本高,上下坡多耗些油,但不易堵车。多线程类似平面交通系统,建设成本低,但红绿灯太多,容易堵车。就像我们都开跑车,油(主频)不是问题,也不怕上下坡,但最怕堵车。

高性能交易服务器中间件,如TUXEDO,都提倡使用多进程。实际测试表明,TUXEDO的性能和并发效率非常高。TUXEDO出自贝尔实验室,与UNIX同源,应该是对UNIX理解最深刻的,他们的意见具有重要的参考价值。

二. 进程

  1. 进程的优点 顺序程序的特点:具有封闭性和可再现性;程序的并发执行和资源共享。多道程序设计的出现,实现了程序的并发执行和资源共享,提高了系统的效率和资源利用率。
  2. 进程的缺点 操作系统调度切换多个线程比切换调度进程要快得多。而且进程间内存无法共享,通信也较为麻烦。线程之间由于共享进程内存空间,交换数据非常方便;在创建或撤销进程时,由于系统需要为其分配和回收资源,导致系统的开销明显大于创建或撤销线程时的开销。

三. 线程

  1. 线程的优点 它是一种非常“节俭”的多任务操作方式。在Linux系统下,启动一个新进程必须为其分配独立的地址空间,建立众多数据表来维护其代码段、堆栈段和数据段,这是一种“昂贵”的多任务工作方式。而运行于一个进程中的多个线程,它们彼此之间使用相同的地址空间,共享大部分数据,启动一个线程所需的空间远小于启动一个进程所需的空间,而且,线程间切换所需的时间也远小于进程间切换所需的时间。当然,在具体系统上,这个数据可能会有较大差异;线程间方便的通信机制,由于同一进程下的线程之间共享数据空间,一个线程的数据可以直接为其他线程所用,这不仅快捷,而且方便;使多CPU系统更加有效。操作系统会保证当线程数不大于CPU数目时,不同的线程运行于不同的CPU上。
  2. 线程的缺点 调度时,需要保存线程状态,频繁调度需要占用大量的机器时间;程序设计上容易出错(线程同步问题)。

四. 多进程

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  1. 多进程优点 每个进程互相独立,不影响主程序的稳定性,子进程崩溃无关紧要;通过增加CPU,可以轻松扩展性能;可以尽量减少线程加锁/解锁的影响,极大提高性能,即使线程运行的模块算法效率低也没关系;每个子进程都有2GB地址空间和相关资源,总体能够达到的性能上限非常大。
  2. 多进程缺点 逻辑控制复杂,需要与主程序交互;需要跨进程边界,如果有大量数据传送,就不太好,适合小数据量传送、密集运算;多进程调度开销较大。

五. 多线程

  1. 多线程的优点 无需跨进程边界;程序逻辑和控制方式简单;所有线程可以直接共享内存和变量等;线程方式消耗的总资源比进程方式好。
  2. 多线程缺点 每个线程与主程序共用地址空间,受限于2GB地址空间;线程之间的同步和加锁控制比较麻烦;一个线程的崩溃可能影响整个程序的稳定性;到达一定的线程数程度后,即使再增加CPU也无法提高性能,例如Windows Server 2003,大约1500个左右的线程数就快到极限了(线程堆栈设定为1M),如果设定线程堆栈为2M,还达不到1500个线程总数;线程能够提高的总性能有限,而且线程多了之后,线程本身的调度也是一个麻烦事儿,需要消耗较多的CPU。

在开发中,最好是将多进程和多线程结合,即根据实际需要,每个CPU开启一个子进程,这个子进程开启多线程可以为若干同类型的数据进行处理。当然,你也可以利用多线程+多CPU+轮询方式来解决问题。方法和手段是多样的,关键是实现方便且能满足需求,代价也合适。

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