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
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)。
CPU | 时间片1 | 时间片2 | 时间片3 | 时间片4 |
core | 线程 1 | 线程 2 | 线程 3 | 线程 4 |
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。
CPU | 时间片1 | 时间片2 | 时间片3 | 时间片4 |
core1 | 线程 1 | 线程 1 | 线程 3 | 线程 3 |
core2 | 线程 2 | 线程 4 | 线程 2 | 线程 4 |
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。