顯然這是一個在面試中的高頻問題，每次碰上，第一反應都是欣喜，心想這題我見過，程序就是一個程式嘛，可以由一個或多個執行緒組成。然後和麵試官尷尬對視三十秒，七零八落說一通，腦海裡很多想法，卻沒法有條理的串在一起，自己也覺得不滿意。還是沉下心，好好整理一下。

在此之前，先明白幾個概念。

 並行與併發：

• 並行：多個cpu例項或者多臺機器同時執行一段處理邏輯，是真正的同時。
• 併發：通過cpu排程演算法，讓使用者看上去同時執行，實際上從cpu操作層面不是真正的同時。

上下文切換

即使是單核CPU也支援多執行緒執行程式碼，CPU通過給每個執行緒分配CPU時間片來實現這個機制。時間片是CPU分配給各個執行緒的時間，因為時間片非常短，所以CPU通過不停地切換執行緒執行，讓我們感覺多個執行緒時同時執行的，時間片一般是幾十毫秒（ms）。

CPU通過時間片分配演算法來迴圈執行任務，當前任務執行一個時間片後會切換到下一個任務。但是，在切換前會儲存上一個任務的狀態，以便下次切換回這個任務時，可以再次載入這個任務的狀態，從任務儲存到再載入的過程就是一次上下文切換。

一、個人定義

教科書上最經典的一句話是“程序是資源分配的最小單位，執行緒是CPU排程的最小單位”，但是理解起來還是抽象。

首先想一想，他倆是因為什麼出現並‘’狼狽為奸‘’的。

程序的出現是為了更好的利用CPU資源使到併發成為可能。

執行緒的出現是為了降低上下文切換的消耗，提高系統的併發性，並突破一個程序只能幹一樣事的缺陷，使到程序內併發成為可能。

他們的終極目標都是為了進一步提高cpu的利用率，類比於記憶體與快取。

二、具體差異

1，擁有系統資源的差異：

每個程序都擁有自己獨立的記憶體空間，但是同一個程序內部的不同執行緒間是記憶體共享的，執行緒不擁有系統資源，只擁有執行中必不可少的資訊（如一組暫存器、堆疊和程式計數器）。由此擁有系統資源的根本性差別，產生了幾個子區別：

• 可靠性差異：程序更加穩定，一個程序崩潰，其餘不受影響，因為其記憶體空間是獨立的。但是一個子執行緒崩潰，擁有它的整個程序都崩潰了。
• 通訊方式差異：每個程序有自己的地址空間。兩個程序中的地址即使值相同，實際指向的位置也不同。程序間通訊（IPC）一般通過作業系統的公共區進行，是系統呼叫，如管道pipe、訊號signal、共享記憶體shared memory、訊號量semophore。
  同一程序中的執行緒因屬同一地址空間，可直接通訊（不必通過作業系統(核心)排程）。

2，上下文切換的差異：

原則上講，一個CPU只能分配給一個程序，要實現多工，就必須要使用併發技術。通過cpu時間片輪轉程序排程演算法，完成多工。（執行緒中，多執行緒的實現也和程序同理），在時間片輪轉排程過程中，執行緒程序差異化從上下文切換環節上表現出來。

程序上下文切換包括三步。a.切換頁目錄以及使用新的地址空間。b.切換核心線。c.切換硬體上下文。

而對於執行緒來講，由於是共享記憶體空間（好像根本原因又回到了第一點），第一步是不需要的。只要bc就能完成上下文切換，節省了大量的損耗。

一直想把他們抽象的關係找到生活裡的對映，無奈實在找不到如此完美的模型。

起源上，程序是爹，有時計劃生育，有時野性繁殖。執行緒們兄弟情深，一人失戀，剩下的也悲痛欲絕，怎麼也理解不了父輩之間的冷漠交情，其實道理也簡單，兄弟們都生活在一個大house裡，相依為gay，聊起天來也方便，感情自然鐵。

直到有一天他們愛上了一個同一個小姑娘，大哥把人約到了家裡，拉小姑娘進小房間裡鎖門談心，弟弟們門外排隊等候，雖然迫不及待，但也恪守交規，二弟排在第一位，每隔幾秒就去檢查門開了沒有。。。

再寫就變態了，到此為止！

最後貼一個：

http://www.ruanyifeng.com/blog/2013/04/processes_and_threads.html

來自阮一峰的部落格，將CPU，執行緒，程序分別類比於工廠和其中的車間和工人，有一點點瑕疵但是很深動。

1.計算機的核心是CPU，它承擔了所有的計算任務。它就像一座工廠，時刻在執行。

2.假定工廠的電力有限，一次只能供給一個車間使用。也就是說，一個車間開工的時候，其他車間都必須停工。背後的含義就是，單個CPU一次只能執行一個任務。（這句話沒有問題，但是這裡沒有解釋單cpu處理多工的情況，需要完善）

3.程序就好比工廠的車間，它代表CPU所能處理的單個任務。任一時刻，CPU總是執行一個程序，其他程序處於非執行狀態。

4.一個車間裡，可以有很多工人。他們協同完成一個任務。

5.執行緒就好比車間裡的工人。一個程序可以包括多個執行緒。

6.車間的空間是工人們共享的，比如許多房間是每個工人都可以進出的。這象徵一個程序的記憶體空間是共享的，每個執行緒都可以使用這些共享記憶體。（前提是在一個程序裡的每一個執行緒）

7.可是，每間房間的大小不同，有些房間最多隻能容納一個人，比如廁所。裡面有人的時候，其他人就不能進去了。這代表一個執行緒使用某些共享記憶體時，其他執行緒必須等它結束，才能使用這一塊記憶體。

8.一個防止他人進入的簡單方法，就是門口加一把鎖。先到的人鎖上門，後到的人看到上鎖，就在門口排隊，等鎖開啟再進去。這就叫"互斥鎖"（Mutual exclusion，縮寫 Mutex），防止多個執行緒同時讀寫某一塊記憶體區域。

9.還有些房間，可以同時容納n個人，比如廚房。也就是說，如果人數大於n，多出來的人只能在外面等著。這好比某些記憶體區域，只能供給固定數目的執行緒使用。

10.這時的解決方法，就是在門口掛n把鑰匙。進去的人就取一把鑰匙，出來時再把鑰匙掛回原處。後到的人發現鑰匙架空了，就知道必須在門口排隊等著了。這種做法叫做"訊號量"（Semaphore），用來保證多個執行緒不會互相沖突。

不難看出，mutex是semaphore的一種特殊情況（n=1時）。也就是說，完全可以用後者替代前者。但是，因為mutex較為簡單，且效率高，所以在必須保證資源獨佔的情況下，還是採用這種設計。（既然講到互斥鎖，其實還可以具體化一下偏向鎖和輕量級鎖）

11.作業系統的設計歸結為三點：

（1）以多程序形式，允許多個任務同時執行；

（2）以多執行緒形式，允許單個任務分成不同的部分執行；

（3）提供協調機制，一方面防止程序之間和執行緒之間產生衝突，另一方面允許程序之間和執行緒之間共享資源。

 參考的部落格：

1.https://www.cnblogs.com/xh0102/p/5710074.html   通訊方式的區別

2.https://blog.csdn.net/bxw1992/article/details/78115860  上下文的區別

3.https://www.jianshu.com/p/f11724034d50 不錯的定義

4.http://www.ruanyifeng.com/blog/2013/04/processes_and_threads.html  有趣的類比

5.https://www.zhihu.com/question/25532384  獨特的概括，膜拜