简介

当一个程序需要执行多个任务时，主要有两种策略：

• 只使用一个线程，串行执行。
• 创建多进程或多线程，并行执行。

多进程

多进程（multiprocess）的优点：

• 每个进程使用的内存、虚拟地址空间等资源相互独立，不会冲突。
• 每个进程独立运行，一个进程挂掉了不会影响其它进程。

多线程

多线程（multithreading）的优点：

• 与单线程相比，可以提高 CPU 的使用率。
  • 比如一个线程因为等待 IO 而暂停运行时，其它线程依然可以运行。
  • 比如一个线程占用了 CPU 的一个核时，其它线程可以在 CPU 的其它核上运行。
  • 处理 IO 密集型任务时，多线程、多进程都可以提高 CPU 的使用率，从而提高处理速度。处理 CPU 密集型任务时，多线程、多进程都不能提高处理速度。
• 多线程相当于轻量级的多进程，开销更小。
  • 创建进程比创建线程的开销更大，需要重新分配系统资源。
  • CPU 切换进程时，不仅需要切换运行的线程，还需要切换进程所分配的内存、堆栈等资源。
• 与进程间通信相比，线程间通信更容易。
  • 同一个进程的多个线程之间可以采用全局变量作为通信媒介，因为它们访问的是同一个堆区。

线程安全

• 线程是 CPU 调度的基本单位。系统会决定由 CPU 的哪个核来执行线程、执行多长时间。

  • 创建多进程时，各个进程会按启动顺序，顺序执行。
  • 创建多线程时，各个线程的运行顺序无法预测。（因为负载变化时，CPU 的调度情况就可能变化）

• 运行多线程时可能出现以下问题：

  • 一个线程在执行任务时，被其它线程打断。
    • 可以阻塞其它线程，先让该线程运行完该任务。
  • 一个线程在访问共享资源时，该资源被其它线程修改。
    • 可以给该资源上锁，保证同时只能被一个线程访问。

线程间通信

• 线程间通信的常见方式：
  • 轮询（poll）：主线程循环去检查子线程的状态，这会浪费一些主线程的时间，
  • 回调（callback）：子线程执行结束后调用主线程的一个函数或方法。

并行与并发

• 串行工作（Serial）
  • ：一个程序同时只能执行一个任务，执行完之后才能执行下一个任务。
  • 例如每个线程都是串行工作的，同时只能顺序执行一段代码。
• 并行工作（Parallel）
  • ：一个程序同时执行多个任务。
  • 例如程序可以有多个线程，同时运行在多个 CPU 上。
• 并发工作（Concurrent）
  • ：一个程序同时处理多个任务，但不一定会同时执行。即上一个任务没有执行完，就可以处理下一个任务。
  • 例如程序可以有多个线程，交替运行运行在一个 CPU 上。