掌握系列之并發編程-1.并發基礎

掌握高并發、高可用架構

第二課 并發編程

從本課開始學習并發編程的內容。主要介紹并發編程的基礎知識、鎖、內存模型、線程池、各種并發容器的使用。

第一節 并發基礎

并發編程 并發基礎 進程 線程 線程通信

系統、包括操作系統的運行是以CPU為核心的，各種數據操作都是在CPU中進行的。所以要學習并發編程，必須要搞清楚和CPU的關系。

CPU簡介

經常說CPU是4核8線程的，這個的意思是4個物理核心，每個物理核心虛擬出2個虛擬核心，也就是8個虛擬核心 。每個虛擬核心在一個時刻只能運行一個線程。

進程和線程

進程的定義：程序被載入內存并開始準備執行，它就是一個進程，也就是說進程是執行中的程序代碼。進程是資源分配和程序調度運行的基本單位。

線程的定義：單個進程中執行每個任務就是一個線程。線程是進程中執行運算的最小單位。

一個線程只能屬于一個進程，一個進程可以擁有多個線程。多線程處理就是允許一個進程中在同一時刻執行多個任務（線程）。

CPU線程調度

大多數的應用程序為了提高其執行效率，而采用多線程模式。充分利用CPU的核心來實現高效率運行。那是不是最大只能同時開啟8個線程呢？如果想開啟更多線程，可以嗎？CPU內部該如何處理呢？

對于4核8線程的CPU來說，如果只起8個線程，每個虛擬內核都各自執行一個線程，這是最簡單的高效率利用方式。但是在實際使用時這是不可能的。首先，計算機硬件必須有操作才能運行，而操作系統啟動后在運行過程中必不可少的要執行各種任務；其次，個人運行的程序也是要啟動線程來執行各種各樣的任務調度。所以，對于一臺電腦，不管是個人PC還是服務器，其真正運行的線程肯定是多于CPU的內核數的，那它是如何保證各個任務流暢運行的呢？

這就是CPU的線程調度。采用一定的算法把CPU的使用權合理的分配給線程，使得任務執行。

有兩種調度模型，分時調度和搶占式調度。

分時調度模型是指讓所有的線程輪流獲得CPU的使用權，并且平均分配每個線程占用的CPU時間片。

搶占式調度模型是指優先讓運行池中優先級最高的線程占用CPU，如果優先級相同，則隨機選擇一個線程來占用CPU。處于運行中狀態的線程會一直運行，直到它不得不放棄CPU。

JVM采用搶占式調度。

一個線程會因為以下原因而放棄CPU：

1. JVM使其暫時放棄CPU，轉入就緒狀態
2. 阻塞
3. 執行結束

串行、并行和并發

串行：是指多個任務，一個執行完接著一個

并行：每個核心執行一個任務，同一時刻多個任務同時執行

并發：多個任務在單核心上執行，同一時刻只有一個任務，系統不停的切換任務，看起來像是同時執行，實際上是不停的切換

多核下的線程數量選擇

對于計算密集型任務，線程數量不宜過多，因為本身任務就是高CPU利用率，線程多的話，會因為上下文切換而浪費資源。對于IO密集型任務，比如磁盤IO和網絡IO，因為任務是低CPU利用率，所以可以適當多開線程。