多线程 单线程 异步 -编程优缺异同-——针对面试

鸣谢（参考）：
https://www.cnblogs.com/yanan-boke/p/9395638.html
https://bbs.csdn.net/topics/391872922?page=1
https://blog.csdn.net/gtLBTNq9mr3/article/details/90481254
https://blog.csdn.net/qq_27825451/article/details/78853119

概述：

1. 单线程串行依次执行。
   多线程并行完成。
2. 多线程是对于软件的概念，屏蔽硬件：多核和单核没有影响。

线程

线程不是一个计算机硬件的功能，而是操作系统提供的一种逻辑功能，线程本质上是进程中一段并发运行的代码，所以线程需要操作系统投入CPU资源来运行和调度。

多线程：

代价：在于创建线程和执行期线程上下文切换的开销较大。线程的使用（滥用）会给系统带来上下文切换的额外负担。并且线程间的共享变量可能造成死锁的出现
!!!:编程死锁、状态同步问题
优势： 线程中的处理程序依然是顺序执行，符合普通人的思维习惯，所以编程简单。

单线程：

单线程顺序执行任务的方式
符合编程人员按顺序思考的思维方式。它依然是最主流的编程方式，因为它易于表达。
缺点： 但是串行执行的缺点在于性能，任意一个略慢的任务都会导致后续执行代码被阻塞。在计算机资源中，通常I/O与CPU计算之间是可以并行进行的。但是同步的编程模型导致的问题是，I/O的进行会让后续任务等待，这造成资源不能被更好地利用。

!!! 阻塞I/O导致硬件得不到高效使用。

多线程和单线程的比较：

单线程同步编程模型会因阻塞I/O导致硬件资源得不到更优的使用。多线程编程模型也因为编程中的死锁、状态同步等问题让开发人员头疼。

Node在两者之间给出了它的方案：利用单线程，远离多线程死锁、状态同步等问题；利用异步I/O，让单线程远离阻塞，以更好地使用CPU。

异步

概念

异步I/O可以算作Node的特色，因为它是首个大规模将异步I/O应用在应用层上的平台，它力求在单线程上将资源分配得更高效。

为了弥补单线程无法利用多核CPU的缺点，Node提供了类似前端浏览器中Web Workers的子进程，该子进程可以通过工作进程高效地利用CPU和I/O。

异步I/O的提出是期望I/O的调用不再阻塞后续运算，将原有等待I/O完成的这段时间分配给其余需要的业务去执行。

优：

异步操作无须额外的线程负担，并且使用回调的方式进行处理，在设计良好的情况下，处理函数可以不必使用共享变量（即使无法完全不用，最起码可以减少 共享变量的数量），减少了死锁的可能。

缺

当然异步操作也并非完美无暇。编写异步操作的复杂程度较高，程序主要使用回调方式进行处理，与普通人的思维方式有些 出入，而且难以调试。

比较

共同点：异步和多线程两者都可以达到避免调用线程阻塞的目的，从而提高软件的可响应性

总结 （引用）：

总结：

   （1）“多线程”，第一、最大的问题在于线程本身的调度和运行需要很多时间，因此不建议自己创建太大量的线程；第二、共享资源的调度比较难，涉及到死锁，上锁等相关的概念。

   （2）“异步” ，异步最大的问题在于“回调”，这增加了软件设计上的难度。

在实际设计时，我们可以将两者结合起来：

   （1）当需要执行I/O操作时，使用异步操作比使用线程+同步 I/O操作更合适。I/O操作不仅包括了直接的文件、网络的读写，还包括数据库操作、Web Service、HttpRequest以及.net Remoting等跨进程的调用。异步特别适用于大多数IO密集型的应用程序。
   （2）而线程的适用范围则是那种需要长时间CPU运算的场合，例如耗时较长的图形处理和算法执行。但是往 往由于使用线程编程的简单和符合习惯，所以很多朋友往往会使用线程来执行耗时较长的I/O操作。这样在只有少数几个并发操作的时候还无伤大雅，如果需要处 理大量的并发操作时就不合适了。

2、在多线程编程和异步编程上的进步（以.NET和python语言为例进行说明）

   多线程最大的问题在于“线程的调度”，而在.NET中引入了线程池的概念，避免人为创建多余线程，让系统进行分配；而Python语言中的多线程编程效率一直饱受诟病，因此python很少使用多线程，一般使用“协程”，后面会讲到。

  异步最大的问题在于“回调”，.NET随着版本的升级，从多任务编程，到后面使用await-async关键字的提升，让人更加方便，不用注意到复杂的回调问题，用同步的思维方式进行异步编程。python从3.4版本开始也开始使用协程和时间循环机制，从yield和yield from 语句中受到启发，解决了“回调问题”，而在python3.5版本中，也是使用了await-async关键字，进一步简化了编程。在这一方面，python和.NET有很多相似之处。