【面試】每個程式設計師都會遇到的面試問題：談談程序和執行緒的區別
當你剛入職場時，無論你是用C++還是Java甚至只是應聘運維崗位，相信你都會遇到這個問題。
這是一個很基礎的問題，但又是一個很考驗人水平的問題。
說基礎是因為每個學計算機的人都應該懂，程序執行緒是計算機的基礎概念，是每個程式設計師時時刻刻都要接觸的東西。
但這又是一個充滿陷阱可以無限擴充套件和深入的一個問題。比如可以從作業系統知識擴充套件到計算機組成原理，可以從單執行緒擴充套件到併發程式設計，可以從併發程式設計深入到執行緒同步、執行緒安全、程序間通訊等等。
那麼我們該如何回答好這個問題呢？
既然要談區別，那麼首先需要理解什麼是程序和執行緒。
之前，我讀到一篇材料，發現有一個很好的類比，可以把它們解釋地清晰易懂。
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。
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。
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。
11.作業系統的設計，因此可以歸結為三點：
（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。
這個類比可以很形象的說明程序與執行緒的區別。
當然面試的時候你不可能說上這一堆，面試官估計要跟你急，時間寶貴，我們需要用最精簡的語言說出兩者的概念以及區別。
你可以這樣分點回答（面試時需要邏輯條理清晰、語言簡潔、直中要害）：
（1）程序
程序是程式的一次執行過程，是一個動態概念，是程式在執行過程中分配和管理資源的基本單位，每一個程序都有一個自己的地址空間，至少有 5 種基本狀態，它們是：初始態，執行態，等待狀態，就緒狀態，終止狀態。
（2）執行緒
執行緒是CPU排程和分派的基本單位，它可與同屬一個程序的其他的執行緒共享程序所擁有的全部資源。
（3）聯絡
執行緒是程序的一部分，一個執行緒只能屬於一個程序，而一個程序可以有多個執行緒，但至少有一個執行緒。
（4）區別：理解它們的差別，我從資源使用的角度出發。（所謂的資源就是計算機裡的中央處理器，記憶體，檔案，網路等等）
根本區別：程序是作業系統資源分配的基本單位，而執行緒是任務排程和執行的基本單位
在開銷方面：每個程序都有獨立的程式碼和資料空間（程式上下文），程式之間的切換會有較大的開銷；執行緒可以看做輕量級的程序，同一類執行緒共享程式碼和資料空間，每個執行緒都有自己獨立的執行棧和程式計數器（PC），執行緒之間切換的開銷小。
所處環境：在作業系統中能同時執行多個程序（程式）；而在同一個程序（程式）中有多個執行緒同時執行（通過CPU排程，在每個時間片中只有一個執行緒執行）
記憶體分配方面：系統在執行的時候會為每個程序分配不同的記憶體空間；而對執行緒而言，除了CPU外，系統不會為執行緒分配記憶體（執行緒所使用的資源來自其所屬程序的資源），執行緒組之間只能共享資源。
包含關係：沒有執行緒的程序可以看做是單執行緒的，如果一個程序內有多個執行緒，則執行過程不是一條線的，而是多條線（執行緒）共同完成的；執行緒是程序的一部分，所以執行緒也被稱為輕權程序或者輕量級程序。
擴充套件閱讀
1、為什麼需要設計執行緒？
在傳統程序模型中，程序的內涵可分為下面兩個方面：
- 排程、執行的基本單位：每個程序都有自己的執行狀態、優先順序、暫存器等，是OS排程的基本單位。
- 資源所有權：包括程式、資料、檔案等資源。一個程序擁有對這些資源的所有權，OS則提供保護功能，避免不同程序之間的資源衝突。
既然是兩個獨立的功能，可不可以把它們分離呢？這就出現了執行緒（thread）的概念：
- 執行與排程的基本單位：thread
- 資源所有權：process
那麼執行與排程的基本單位是執行緒，這樣設定有什麼好處？
計算機作業系統裡面有兩個重要概念：併發和隔離。
併發是為了儘量讓硬體利用率高，執行緒是為了在系統層面做到併發。執行緒上下文切換效率比程序上下文切換會高很多，這樣可以提高併發效率。
隔離也是併發之後要解決的重要問題，計算機的資源一般是共享的，隔離要能保障崩潰了這些資源能夠被回收，不影響其他程式碼的使用。所以說一個作業系統只有執行緒沒有程序也是可以的，只是這樣的系統會經常崩潰而已，作業系統剛開始發展的時候和這種情形很像。
所以：執行緒和併發有關係，程序和隔離有關係。執行緒基本是為了程式碼併發執行引入的概念，因為要分配cpu時間片，暫停後再恢復要能夠繼續和沒暫停一樣繼續執行；程序相當於一堆執行緒加上執行緒執行過程中申請的資源，一旦掛了，這些資源都要能回收，不影響其他程式。
