1. 进程与线程回顾
进程和线程是操作系统中最基础的概念之一。 通常来说，进程可以看作是一个正在运行的程序实例。每个进程都有独立的代码段和数据段，彼此之间互不干扰。也就是说，一个进程不会直接影响另一个进程的执行或数据资源。
线程则是一种轻量级的“半进程”，它必须依附于某个进程而存在。一个线程在进程的上下文中执行一个任务，技术上来说，线程需要与进程类似的资源，例如内存栈、程序计数器和寄存器集合，但这些资源是线程私有的。而同一个进程下的所有线程共享该进程的代码和数据段。
关于通信机制，进程分为独立进程和协作进程两类：
- 独立进程不与其他进程交互，也不受其他进程影响。
- 协作进程在执行过程中需要与其他进程交换数据，由于进程之间是隔离的，因此它们之间的通信必须依赖进程间通信（IPC）机制。
线程之间也存在通信需求，不过与进程不同的是，同一个进程下的线程可以直接通过进程的数据段进行通信，无需额外的通信机制。
下图简要展示了进程与线程之间的关系：
✅ 总结：
尽管进程和线程是不同的执行单元，但它们关系密切。每个进程至少包含一个线程，而线程只能存在于某个进程中。
2. 多进程与多线程的基本概念
多进程和多线程分别用于实现多个进程和多个线程的并发执行，是操作系统实现多任务处理的核心机制。
2.1 多进程（Multiprocessing）
多进程指的是在一个系统中可以同时执行多个进程。
需要注意的是，真正的并行多进程执行要求系统具备多个物理处理器（CPU）或核心。这样不同的进程才能真正同时运行。
现实中，现代个人电脑通常配备两个或更多核心，支持多进程并行执行。例如，我们可以同时运行浏览器和文本编辑器，但系统中运行的进程数量通常远多于可用核心数，这时就需要操作系统进行时间片调度。
2.2 多线程（Multithreading）
多线程指的是一个进程内部可以并发执行多个不同任务。
多线程并不需要多个物理处理器。只要有一个处理器，就可以通过时间片分配实现多个线程的并发执行。
以文本编辑器为例：
- 一个线程用于渲染图形界面
- 一个线程用于监听用户输入
- 一个线程负责自动保存文档
- 其他后台线程负责拼写检查、自动补全等功能
这些线程共享处理器时间，虽然看起来“同时”运行，但本质上是操作系统通过调度轮流执行它们。
3. 技术实现细节
多进程和多线程的实现依赖于两个关键因素：硬件（处理器） 和 操作系统（调度器）。
3.1 硬件支持
- 多进程需要多个物理处理器或核心
- 多线程可以在单个处理器上实现并发执行（通过时间片轮转）
- 现代处理器支持超线程（Hyper-Threading）技术，允许单个核心模拟多个逻辑处理器，提升并发性能
3.2 操作系统支持
操作系统是实现多任务处理的核心，其中两个关键组件是：
- 调度器（Scheduler）：决定哪个进程或线程在何时运行
- 分派器（Dispatcher）：负责切换上下文并分配处理器时间片
在抢占式多任务系统（Preemptive Multitasking）中，当一个线程或进程的时间片用完后，操作系统会强制暂停其执行，切换到下一个任务。
此外，操作系统可以采用两种方式管理线程：
- 内核级线程（Kernel Threads）：由操作系统直接调度线程
- 用户级线程（User Threads）：由进程自己管理线程调度，操作系统只看到进程本身
3.3 影响性能的因素
以下因素会直接影响多进程和多线程的性能表现：
- 物理 CPU 数量和逻辑核心数量（例如是否支持超线程）
- 操作系统的调度策略（如优先级调度、公平调度等）
- 对阻塞进程/线程的处理方式（如是否支持异步 I/O）
- 线程间通信的效率（共享内存 vs IPC）
4. 总结
多进程和多线程虽然在实现机制上有所不同，但它们都服务于一个共同目标：提升系统并发性和资源利用率。
✅ 区别总结：
| 特性 | 多进程 | 多线程 |
|---|---|---|
| 资源开销 | 大（每个进程独立内存空间） | 小（共享进程内存） |
| 通信机制 | 需要 IPC | 共享内存直接通信 |
| 稳定性 | 一个进程崩溃不影响其他进程 | 同一进程中线程崩溃可能影响整个进程 |
| 并发性 | 需要多核支持 | 单核即可实现并发 |
| 适用场景 | 系统级并行任务 | 同一任务内部并发处理 |
⚠️ 踩坑提醒：
- 多线程编程中容易遇到线程安全问题（如竞态条件、死锁），需谨慎使用同步机制（如 synchronized、Lock）
- 多进程间通信成本高，不适合频繁交互的场景
- Java 中线程是轻量级的，但也不能无节制创建，建议使用线程池管理
✅ 最终建议： 根据实际需求选择多进程或多线程方案，两者并非对立，而是互补。在实际开发中，往往结合使用，例如使用多进程隔离任务边界，再在每个进程中使用多线程提高并发效率。