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1.并发、进程、线程的基本概念和综述

  • 并发、线程、进程要求必须掌握！！！！

1.1 并发

  • 概念：两个或更多的任务(独立的活动)同时发生(进行）；一个程序同时执行多个独立的任务；
  • 以往的计算机通常是单核CPU，某一时刻只能执行一个任务：由操作系统调度，每秒钟进行多次所谓的“任务切换”。并发的假象（不是真正的并发），这种切换（上下文切换）是要有时间开销的。比如，操作系统要保存你切换时的各种状态、执行进度等信息，都需要时间。一会切换回来的时候要复原这些信息。
  • 随着硬件的发展，出现了多处理器计算机：用于服务和高性能计算领域。现在的台式机：在一块芯片上有多核（多个）CPU：双核、4核、8核、10核等，能够实现真正的并行执行多个任务（硬件并发）。
  • 使用并发的原因：主要是同时可以干多个事，提高性能；

1.2 可执行程序

  • 概念：磁盘上的一个文件，Windows下，一个扩展名为.exe的；Linux下，ls、ls -la，可以查看文件权限rwxrwxrwx(x表示执行权限)。

1.3 进程

  • 白话解释进程：因为可执行程序是可以运行的，Windows下，双击一个可执行程序来运行；Linux下，使用./文件名。例如使用./a来执行文件a
  • 进程概念：就是运行起来了的可执行程序，即创建了一个进程。

1.4 线程

  • 白话解释线程：每个进程（执行起来的可执行程序）都有一个主线程；这个主线程是唯一的，也就是一个进程中只能有一个主线程。当你执行一个可执行程序，产生了一个进程后，这个主线程就随着这个进程默默的启动起来了。ctrl + f5运行这个程序的时候，实际上是进程的主线程执行(调用）这个main函数中的代码。
  • 主线程与进程的关系：唇齿相依，有你必然有我，有我必然有你，没有我必然没有你；
  • 线程：用来执行代码的，线程这个东西理解成一条代码的执行道路(通路)。
  • 除了主线程之外，我们可以通过自己写代码来创建其他线程，其他线程走的是别的道路，甚至去不同的地方。
    进程与主线程的关系
  • 我们每创建一个新线程，就可以在同一个时刻多干一个不同的事（多走一条不同的代码执行路径）。

  • 多线程（并发）：线程并不是越多越好，每个线程都需要一个独立的堆栈空间，线程之间相互切换要保存很多中间状态，切换会耗费本该属于程序运行的时间。


    多线程的应用场景
  • 总结线程知识：
    • 线程是用来执行代码的
    • 把线程这个东西理解成一条代码的执行通路(道路)，一个新线程代表一个新的通路。
    • 一个进程自动包含一个主线程，主线程随着进程默默的启动并运行，我们可以通过编码来创建多个其他线程（非主线程）。
    • 但是，创建的线程数量最大都不建议超过200-300个，有的时候线程太多，效率反而会降低。
    • 因为主线程是自动启动的，所以一个进程中最少也是有一个线程(主线程）。
    • 多线程程序，说白了就是可以同时干多个事情，所以运行效率高。但是到底有多高，并不是一个很容易评估和量化的东西。

2 并发的实现方法

  • 实现并发的手段：
    • a. 通过多个进程实现并发；
    • b. 在单独的进程中，创建多个线程来实现并发；需要自己写代码来创建除了主线程之外的其他线程。

2.1 多进程并发

  • Word启动后就是一个进程，IE浏览器启动后也是一个进程。账号服务器、游戏逻辑服务器也是两个进程，服务器进程之间的通信方法（同一台电脑上：管道、文件、消息队列、共享内存；不同电脑上：socket通信技术）。

2.2 多线程并发

  • 单个进程中，创建了多个线程。线程感觉像轻量级的进程。每个线程都有自己独立的运行路径。但是一个进程中的所有线程共享地址空间(共享内存)。例如。全局变量、指针、引用都可以在线程中传递，所以使用多线程开销远远小于多进程。
  • 多线程之间的共享内存带来了新问题：数据一致性问题；
  • 建议：多进程并发与多线程并发虽然可以混合使用，但建议优先考虑多线程技术手段而不是多进程。后面的章节中只讲述多线程并发的开发技术，后续谈到的并发，特指的是多线程并发。
  • 总结：和进程相比，线程有如下优缺点：
    • 线程启动速度更快、更轻量级
    • 系统资源开销更小，执行速度更快，比如共享内存这种通信方式比任何其他的通信方式都快
    • 缺点：使用有一定的难度，要小心处理数据的一致性问题。

3. C++11新标准线程库

  • 以前：Windows系统中：CreateThread()、_beginthred()、_beginthredexe()等创建线程；Linux系统中：pthread_create()创建线程；因此，以往的多线程代码不能跨平台。POSIX thread(pthread)：跨平台，做一番配置，所以用起来也不是很方便。
  • 从C++11新标准开始，C++语言本身增加了对多线程的支持。意味着可移植性(跨平台)，这就大大减少开发者工作量。