并发,并行,异步,多线程

文章目录

• 例子一
• 例子二
• 例子三
• 进程与线程
• 进程和线程的关系
• 个人理解
• 异步与多线程
• 基本概念
• 深层次理解
• 多线程和异步操作的异同
• 异步操作的本质
• 线程的本质
• 异步操作的优缺点
• 多线程的优缺点
• 适用范围
• 并发、并行和多线程的关系
• 小结

 

例子一

你吃饭吃到一半，电话来了，你一直到吃完了以后才去接，这就说明你不支持并发也不支持并行。
你吃饭吃到一半，电话来了，你停了下来接了电话，接完后继续吃饭，这说明你支持并发。 （不一定是同时的）
你吃饭吃到一半，电话来了，你一边打电话一边吃饭，这说明你支持并行。

例子二

并发是两个队列，使用一台咖啡机，并行是两个队列，使用两台咖啡机。如果串行，一个队列使用一台咖啡机，那么哪怕前面那个人便秘了去厕所呆半天，后面的人也只能死等着他回来才能去接咖啡，这效率无疑是最低的。

例子三

去吃虾滑，一个师傅有2个锅子。师傅同时做经典虾滑和牛肉虾滑，类似于（周伯通左右互搏）是并行。一旦师傅停下一方去做另外一方，那就是并发。

我觉得边吃饭边打电话是一个核心，多台处理器同时处理多个任务是多个核心。应该说并行的判断条件是同一时间点能处理多个事件。

进程与线程

1、 进程（Process）是计算机中的程序关于某数据集合上的一次运行活动，是系统进行资源分配和调度的基本单位，是操作系统结构的基础。在早期面向进程设计的计算机结构中，进程是程序的基本执行实体；在当代面向线程设计的计算机结构中，进程是线程的容器。程序是指令、数据及其组织形式的描述，进程是程序的实体。
2、线程，有时被称为轻量级进程（Lightweight Process,LWP），是程序执行流的最小单元。线程是程序中一个单一的顺序控制流程。进程内一个相对独立、可调度的执行单元，是系统独立调度和分派CPU的基本单位，也指运行中的程序的调度单位。在单个程序中同时运行多个线程完成不同的工作，称为多线程。
线程是CPU调度和分配的基本单位，一定要和进程是操作系统进行资源分配（包括cpu、内存、磁盘IO等）的最小单位区别清楚。有句话说CPU只能看到线程，可以这么理解，假设我是CPU，我闭着眼，操作系统调度器将一个进程分配给我之后，我拿到进程睁开眼，我看到的是什么？我看到的是进程中的很多线程，那么我现在能调度和分配的是什么？进程？不行，因为我看不到其他进程，何来调度分配，只能调度我看到的那些线程，如果我是4核的话，把线程ABCD分配到核心1234，其他的线程依然要等待分配，至于等待多久，如何分配，暂不在本文讨论范围。于是线程是CPU调度和分配的基本单位。

进程和线程的关系

个人理解

当我在电脑上打开一个foxmail，开启了一个进程，打开一个浏览器，开启了一个进程，当我使用foxmail的时候，收邮件是一个线程，发邮件是一个线程，写邮件又是一个线程，这几个线程同时为进程Foxmail工作，完成Foxmail的全部功能。

异步与多线程

基本概念

1. 并发：在操作系统中，是指一个时间段中有几个程序都处于已启动运行到运行完毕之间，且这几个程序都是在同一个处理机上运行。其中两种并发关系分别是同步和互斥
2. 互斥：进程间相互排斥的使用临界资源的现象，就叫互斥。
3. 同步：进程之间的关系不是相互排斥临界资源的关系，而是相互依赖的关系。进一步的说明：就是前一个进程的输出作为后一个进程的输入，当第一个进程没有输出时第二个进程必须等待。具有同步关系的一组并发进程相互发送的信息称为消息或事件。
   其中并发又有伪并发和真并发，伪并发是指单核处理器的并发，真并发是指多核处理器的并发。
4. 并行：在单处理器中多道程序设计系统中，进程被交替执行，表现出一种并发的外部特种；在多处理器系统中，进程不仅可以交替执行，而且可以重叠执行。在多处理器上的程序才可实现并行处理。从而可知，并行是针对多处理器而言的。并行是同时发生的多个并发事件，具有并发的含义，但并发不一定并行，也亦是说并发事件之间不一定要同一时刻发生。
5. 多线程：多线程是程序设计的逻辑层概念，它是进程中并发运行的一段代码。多线程可以实现线程间的切换执行。
6. 异步：异步和同步是相对的，同步就是顺序执行，执行完一个再执行下一个，需要等待、协调运行。异步就是彼此独立,在等待某事件的过程中继续做自己的事，不需要等待这一事件完成后再工作。线程就是实现异步的一个方式。异步是让调用方法的主线程不需要同步等待另一线程的完成，从而可以让主线程干其它的事情。

异步和多线程并不是一个同等关系,异步是最终目的,多线程只是我们实现异步的一种手段。异步是当一个调用请求发送给被调用者,而调用者不用等待其结果的返回而可以做其它的事情。实现异步可以采用多线程技术或则交给另外的进程来处理。
异步和同步的区别， 在io等待的时候，同步不会切走，浪费了时间。
多线程的好处，比较容易的实现了 异步切换的思想， 因为异步的程序很难写的。多线程本身程还是以同步完成，但是应该说比效率是比不上异步的。 而且多线很容易写， 相对效率也高。

深层次理解

多线程和异步操作的异同

多线程和异步操作两者都可以达到避免调用线程阻塞的目的，从而提高软件的可响应性。甚至有些时候我们就认为多线程和异步操作是等同的概念。但是，多线程和异步操作还是有一些区别的。而这些区别造成了使用多线程和异步操作的时机的区别。

异步操作的本质

所有的程序最终都会由计算机硬件来执行，所以为了更好的理解异步操作的本质，我们有必要了解一下它的硬件基础。 熟悉电脑硬件的朋友肯定对DMA这个词不陌生，硬盘、光驱的技术规格中都有明确DMA的模式指标，其实网卡、声卡、显卡也是有DMA功能的。DMA就是直接内存访问的意思，也就是说，拥有DMA功能的硬件在和内存进行数据交换的时候可以不消耗CPU资源。只要CPU在发起数据传输时发送一个指令，硬件就开始自己和内存交换数据，在传输完成之后硬件会触发一个中断来通知操作完成。这些无须消耗CPU时间的I/O操作正是异步操作的硬件基础。所以即使在DOS这样的单进程（而且无线程概念）系统中也同样可以发起异步的DMA操作。

线程的本质

线程不是一个计算机硬件的功能，而是操作系统提供的一种逻辑功能，线程本质上是进程中一段并发运行的代码，所以线程需要操作系统投入CPU资源来运行和调度。

异步操作的优缺点

因为异步操作无须额外的线程负担，并且使用回调的方式进行处理，在设计良好的情况下，处理函数可以不必使用共享变量（即使无法完全不用，最起码可以减少共享变量的数量），减少了死锁的可能。当然异步操作也并非完美无暇。编写异步操作的复杂程度较高，程序主要使用回调方式进行处理，与普通人的思维方式有些初入，而且难以调试。

多线程的优缺点

多线程的优点很明显，线程中的处理程序依然是顺序执行，符合普通人的思维习惯，所以编程简单。但是多线程的缺点也同样明显，线程的使用（滥用）会给系统带来上下文切换的额外负担。并且线程间的共享变量可能造成死锁的出现。

适用范围

在了解了线程与异步操作各自的优缺点之后，我们可以来探讨一下线程和异步的合理用途。我认为：当需要执行I/O操作时，使用异步操作比使用线程+同步I/O操作更合适。I/O操作不仅包括了直接的文件、网络的读写，还包括数据库操作、Web Service、HttpRequest以及.Net Remoting等跨进程的调用。
而线程的适用范围则是那种需要长时间CPU运算的场合，例如耗时较长的图形处理和算法执行。但是往往由于使用线程编程的简单和符合习惯，所以很多朋友往往会使用线程来执行耗时较长的I/O操作。这样在只有少数几个并发操作的时候还无伤大雅，如果需要处理大量的并发操作时就不合适了。

并发、并行和多线程的关系

并行需要两个或两个以上的线程跑在不同的处理器上，并发可以跑在一个处理器上通过时间片进行切换。

小结

并发的关键是你有处理多个任务的能力，不一定要同时。
并行的关键是你有同时处理多个任务的能力。
所以并发编程的目标是充分的利用处理器的每一个核，以达到最高的处理性能。
单CPU中进程只能是并发，多CPU计算机中进程可以并行。
单CPU单核中线程只能并发，单CPU多核中线程可以并行。
无论是并发还是并行，使用者来看，看到的是多进程，多线程。

参考
https://blog.csdn.net/weixin_30363263/article/details/80732156 （并发和并行区别秒懂）
https://blog.csdn.net/qq_39521554/article/details/79837079#commentsedit （并发与并行的区别，以及与线程的联系）
https://mp.csdn.net/mdeditor/87893925#(谈谈并行、并发或多线程)
https://www.cnblogs.com/csfeng/p/8670704.html ([Java 多线程技术]（一）线程和进程以及并行和并发的概念)
https://blog.csdn.net/qiuyubo1/article/details/80288525 (并发和并行，异步与多线程区别)

来源：https://www.cnblogs.com/macliu/p/12263363.html