Java并发编程基础概念

• 2020 年 7 月 23 日
• 筆記
• Java并发编程

这篇随笔梳理一下Java并发编程的一些基础概念。包括同步异步、进程线程、并发并行。

同步和异步是指方法的调用，我们用一张图来形容：

同步方法一旦调用后，调用者必需等方法执行完毕后才能进行后续的行为；

异步方法一旦被调用则会立即返回，调用者可以继续后面的行为，异步方法一般会在另外一个线程中执行；如果异步方法有返回结果，通常会由系统通知调用者；

其次是进程、线程；

进程：

• 程序由指令和数据组成，但这些指令要运行，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进程（例如记事本、画图、浏览器等），也有的程序只能启动一个实例进程（例如网易云音乐、360 安全卫士等）

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。

比较

• Java 中，线程cpu最小调度单位，进程是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.
• 进程基本上相互独立的，而线程存在于进程内，是进程的一个子集
• 进程拥有共享的资源，如内存空间等，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，并遵守共同的协议，例如 HTTP
• 线程通信相对简单，因为它们共享进程内的内存，比如多个线程可以访问同一个共享变量
• 线程更轻量，线程上下文切换成本一般上要比进程上下文切换低

最后就是并发和并行了。

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，会将 cpu 的时间片（windows下时间片最小约为 15 毫秒）分给不同的程序使用，由于 cpu 在线程间（时间片很短）的切换非常快，我们感觉是同时运行的 。总结为一句话就是： 微观串行，宏观并行。用图例表示如下，cpu轮流执行这些线程。

一般会将这种线程轮流使用 CPU 的做法称为并发(concurrent)。

并行

 多核 cpu下，每个 核（core） 都可以调度运行线程，这时候线程可以是并行的。

同样可以用图来描述：

总结一下就是(引用Rob Pike)：

• 并发（concurrent）是同一时间应对（dealing with）多件事情的能力
• 并行（parallel）是同一时间动手做（doing）多件事情的能力

大多时候并行和并发是同时进行的，举一个生活中的例子来说明：

• 家里面保姆做饭、打扫卫生、给孩子喂奶，她一个人轮流交替做这多件事，这时就是并发
• 主人又雇了个保姆，她们一起这些事，这时既有并发，也有并行（这时会产生竞争，例如锅只有一口，一个人用锅时，另一个人就得等待）
• 又雇了个保姆，三个人一个专做饭、一个专打扫卫生、一个专喂奶，互不干扰，这时是并行。