首页
学习
活动
专区
工具
TVP
发布
精选内容/技术社群/优惠产品,尽在小程序
立即前往
您找到你想要的搜索结果了吗?
是的
没有找到

并发与并行的区别_并发执行和并行执行

学习多线程的时候会遇到一个名词:并发。这是属于操作系统中的词汇,需要了解并发和并行的区别,从网上搜集了几种说法帮助理解。 一: 并发是指一个处理器同时处理多个任务。 并行是指多个处理器或者是多核的处理器同时处理多个不同的任务。 并发是逻辑上的同时发生(simultaneous),而并行是物理上的同时发生。 来个比喻:并发是一个人同时吃三个馒头,而并行是三个人同时吃三个馒头。 二: 并行(parallel):指在同一时刻,有多条指令在多个处理器上同时执行。就好像两个人各拿一把铁锨在挖坑,一小时后,每人一个大坑。所以无论从微观还是从宏观来看,二者都是一起执行的。

01

作业、进程、线程

大部分操作系统(如Windows、Linux)的任务调度是采用时间片轮转的抢占式调度方式,也就是说一个任务执行一小段时间后强制暂停去执行下一个任务,每个任务轮流执行。任务执行的一小段时间叫做时间片,任务正在执行时的状态叫运行状态,任务执行一段时间后强制暂停去执行下一个任务,被暂停的任务就处于就绪状态等待下一个属于它的时间片的到来。这样每个任务都能得到执行,由于CPU的执行效率非常高,时间片非常短,在各个任务之间快速地切换,给人的感觉就是多个任务在“同时进行”,这也就是我们所说的并发(别觉得并发有多高深,它的实现很复杂,但它的概念很简单,就是一句话:多个任务同时执行)。多任务运行过程的示意图如下:

01

为什么会有多线程?什么是线程安全?如何保证线程安全?

显然,线程安全的问题只会出现在多线程环境中,那么为什么会有多线程呢? 最早期的计算机十分原始,还没有操作系统。想要使用计算机时,人们先把计算机可以执行的指令刻在纸带上,然后让计算机从纸带上读取每一条指令,依次执行。这时候的计算机每次只能执行一个任务,是地地道道的单线程。 这种情况下就产生了三个问题: 1. 计算资源的严重浪费 计算机在执行任务时,总少不了一些输入输出操作,比如计算结果的打印等。这时候CPU只能等待输入输出的完成。所以往往一个任务执行下来,可能CPU大部分人时间都是空闲的。而在当时CPU可是一种非常昂贵的资源,于是人们就想怎么能够提高CPU的利用率呢? 2. 任务分配的不公平 现在假如我们有十个任务需要执行,这可是很常见的。而计算机每次只能执行一个任务,直到执行结束,中间不能中断。那么问题来了,是先执行张三给的任务呢?还是先干李四的活呢?张三和李四可能拥有同样的优先级,因此无论怎么分配任务总会有人不满意,觉得不公平。 3. 程序编写十分困难 计算机一次只能执行一个任务,所以编写程序的时候往往要把很多工作集成到一个程序中,这给程序的编写人员带来了极大的挑战。能不能把程序分模块编写,然后让模块之间只进行必要的通信呢? 为了解决这些问题,计算机操作系统应运而生。操作系统就是管理计算机硬件与软件资源的计算机程序。那么操作系统如何同时执行多个任务呢?操作系统给每个任务分配一个进程,然后给进程分配相应的计算资源、IO资源等,这样进程就能执行起来了。操作系统会控制多个进程之间的切换,给每个进程分配一定的执行时间,然后再切换另一个进程,这样多个进程便可以轮流着交替执行。因为轮流的时间很短,用户会觉得仿佛在独占计算机资源来执行自己的任务。 进程虽然一定程度上缓解了我们提到的那三个问题,但是还是会存在问题。给大家举两个例子。一个例子是进程只能干一件事,或者说进程中的代码是串行执行的。这有什么问题吗?当然有。比如我们用软件安装包安装一个程序,安装过程中突然不想安装了,然后点击了取消按钮,结果你发现程序并没有取消安装。为什么呢?因为进程正在执行安装程序的代码,用户的输入只有等待安装程序的代码完成之后才能执行。所以你发现等进程响应了你取消安装的输入时,其实安装程序早已执行完成。用专业术语来说,就是用户接口的响应性太差了,用户的输入不能第一时间响应,甚至出现界面假死现象。另一个例子是现在大部分的处理器是多处理器,比如现在有一个双处理器,而只有一个任务。那么这个任务只能由一个进程来执行,而一个进程只能由一个处理器来执行,那么就有50%的计算资源被浪费了。 这时候,就要说到线程了。线程是进程中实施调度和分派的基本单位。一个进程可以有多个线程,但至少有一个线程;而一个线程只能在一个进程的地址空间内活动。内存资源分配给进程,同一个进程的所有线程共享该进程所有资源。而CPU分配给线程,即真正在处理器运行的是线程。多线程的出现便解决了我们之前提到的三个问题,但是多线程往往会带来许多意想不到的问题,这就是接下来我们要说的线程安全了。

03
领券