并发编程

1.进程与线程
进程

• 程序由指令和数据组成,但这些指令需要运行,数据要读写,就必须将指令加载至CPU，数据加载至内存．在指令运行过程中还需要用到磁盘，网络等设备．进程就是用来加载指令，管理内存，管理IO的．

• 当一个程序被运行，从磁盘加载这个程序的代码至内存，这时就开启了一个进程．

• 进程就可以视为程序的一个实例．大部分程序可以同时运行多个实例程序，有的程序只能启动一个实例进程．

线程

• 一个进程之内可以分为一到多个线程

• 一个线程就是一个指令流,将指令流中的一条条指令以一定的顺序交给CPU执行

• Java中,线程作为最小的调度单位,进程作为资源分配的最小单位,在Windows中进程是不活动的,只是作为线程的容器

两者对比

• 进程基本上相互独立,而线程存在于进程之中,是进程的一个子集

• 进程拥有共享的资源,如内存空间,供其内部的线程共享

• 进程间通信较为复杂

• 同一台计算机的进程通信称为IPC(Inter-process-communication)

• 不同计算机之间的进程通信,需要通过网络,共遵循共同的协议,例如HTTP

• 线程通信相对简单,因为他们共享进程内的内存,一个例子是多个线程可以访问同一个共享变量

• 线程更轻便,线程上下文切换成本一般上要比进程上下文切换低

2.并行与并发

单核CPU下,线程实际还是串行执行的,操作系统中有一个组件叫做任务调度器,将CPU的时间片(Windows下时间片最小约为15毫秒)分给不同的线程使用,只是由于CPU在线程间的切换非常快,人感觉是同行运行的,总结一句话:微观串行,宏观并行,一般会将这种线程轮流使用CPU的做法称为并发,concurren

多核CPU下,每个核都可以调度运行线程,这时候线程可以是并行的.

应用

应用之异步调用(案例1)

从方法调用的角度来讲,如果

• 需要等待结果返回,才能继续进行就是同步

• 不需要等待结果返回,就继续运行就是异步

注意: 同步在多线程中还有另外一层意思,就是让多个线程步调一致

1. 设计

多线程可以让方法执行变为异步的,比如读取磁盘文件时,假设读取操作花费了5秒,如果没有线程调度机制,这5秒钟调用者什么都做不了,其他代码都得暂停

2. 结论

*比如在项目中,视频文件需要转换格式等操作比较费时时,这时开一个新线程处理视频转换,避免阻塞主线程

*tomcat得异步servlet也是类似得目的,让用户线程处理耗时较长得操作,避免阻塞tomcat得工作线程

*UI程序中.开线程进行其他操作,避免阻塞UI线程

应用之提高效率

充分利用多核CPU得优势,提高运行效率

如果时串行执行,那么总共花费得时间是10+11+9+1 = 31ms

但如果是四核CPU,各个核心分别使用线程1计算1,线程2计算2,线程3计算3 ,那么三个线程是并行得,花费时间只取决于最长得那个线程运行得时间,即11ms+1ms(汇总)=12ms

注意

需要在多核CPU下才能提高效率,单核仍然是轮流执行

结论:

1. 单核CPU下,多线程不能实际提高程序运行得效率,只是为了能够在不同得人物之间切换,不同线程轮流使用CPU，不至于一个线程总占用cpu,别得线程没法干活

2. 多核CPU可以并行跑多个线程,但能否提高运行效率还是要看情况得

• 有些任务,经过精心设计,将任务拆分,并发执行,当然可以提高程序得运行效率.但不是所有计算任务都能拆分

• 也不是所有任务都需要拆分,任务得目的如果不同,谈拆分和效率没啥意义

3. IO操作不占用CPU，只是我们一般拷贝文件使用的是［阻塞IO］,这时相当于线程虽然不用CPU,但需要一值等待IO结束,没能充分利用线程,所以才有后面得[非阻塞IO]和[异步IO]优化