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:

java并发读 java并发编程详解_java并发读

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。

java并发读 java并发编程详解_java并发读_02

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:

java并发读 java并发编程详解_时间片_03

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。