一、并发基础知识

目录

进程

线程

两者之间的对比

并行和并发

同步和异步

同步阻塞

同步非阻塞

异步阻塞

异步非阻塞 

保护性暂停模式

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进程

进程为一个程序的示例，是程序关于某个数据集合上的一次运行活动，是系统进行资源分配和调度的基本单位。换句话说，进程就是正在执行的一个程序或应用。  每个进程都有自己的独立内存空间，包含了程序运行所需要的所有资源。进程之间的内存空间是相互隔离的，一个进程不能访问另一个进程的内存空间。  进程可以创建和终止，也可以与其他进程进行通信。操作系统负责管理和调度进程，例如决定哪个进程可以使用CPU，哪个进程需要等待等。  进程中还可以包含多个线程，每个线程是进程中的一个独立执行单元。同一个进程中的所有线程共享该进程的内存空间。、

线程

线程是操作系统能够进行运算调度的最小单位。它被包含在进程之中，是进程中的实际运作单位。一条线程指的是进程中一个单一顺序的控制流，一个进程中可以并发多个线程，每条线程并行执行不同的任务。  线程与传统的理解中的程序或者应用不同，线程不能独立存在，它由进程启动和管理。同一个进程的多个线程之间，可以共享该进程的资源，如内存数据等，这使得线程之间的通信更加方便。  线程相比于进程，具有更小的资源占用，更快的创建和结束速度，以及更高的并发性，因此在需要大量并发操作，或者需要更高效率的场合，会使用多线程编程。

两者之间的对比

进程和线程都是操作系统进行任务调度的单位，但它们之间存在一些关键的区别：  

1. 独立性：进程是系统资源分配和调度的一个独立单位。每个进程都有自己的独立内存空间和系统资源。而线程是进程的一部分，同一进程内的线程共享该进程的资源。  

2. 资源开销：创建或删除进程时，由于需要独立的系统资源，所以开销较大。相比之下，线程的创建和删除只需要在已有进程中分配或回收一些资源，所以开销较小。  

3. 通信方式：进程间通信需要使用操作系统提供的进程间通信机制，如管道、消息队列、信号量等。而线程间可以直接读写同一进程中的数据，通信更加方便。  

4. 可并发性：在多核CPU系统中，多进程和多线程都可以实现并行执行。但在单核CPU系统中，只能使用时间片轮转等技术实现并发执行。  

5. 稳定性：进程间不会互相影响，一个进程崩溃不会影响其他进程。但是一个线程崩溃可能会导致整个进程崩溃。  

总的来说，线程是轻量级的进程，它们是在进程内部运行的并发单位。线程之间的通信更加方便，开销更小，但稳定性不如进程。

并行和并发

并行和并发是计算机科学中两个重要的概念，它们描述的是多个任务如何同时被处理的情况。

 1. 并行（Parallelism）：并行是指两个或更多的任务在同一时刻被执行。例如，在多核处理器的系统中，可以有多个任务在不同的处理器核心上同时执行。并行处理可以显著提高系统的处理能力和效率。

 2. 并发（Concurrency）：并发是指两个或更多的任务在同一时间间隔内被启动、运行和完成。并发任务之间可能并不是真正同时执行的，例如，在单核处理器的系统中，虽然在任何给定的单一时刻只有一个任务在执行，但是由于任务之间的切换速度非常快，使得人们感觉它们似乎在同时执行。  

简单来说，"并行"强调的是同时执行，"并发"强调的是独立运行。在多核处理器的系统中，可以实现真正的并行。在单核处理器的系统中，通过任务切换可以实现并发。

同步和异步

同步和异步是描述程序执行流程控制方式的两个重要概念：  

1. 同步（Synchronous）：在同步操作中，一个任务的完成需要依赖另一个任务。当一个任务在执行时，如果它需要等待另一个任务完成（例如等待I/O操作或者等待其他任务的结果），那么这个任务就会被阻塞，直到它所依赖的任务完成为止。在这种情况下，任务是按照顺序一个接一个执行的。

 2. 异步（Asynchronous）：在异步操作中，一个任务的完成不需要依赖另一个任务。当一个任务在执行时，如果它需要等待另一个任务完成，那么这个任务不会被阻塞，而是会继续执行其他任务。当它所依赖的任务完成时，它会接收到一个通知（例如一个回调函数或者一个事件），然后再处理这个任务的结果。在这种情况下，多个任务可以并行执行。  

简单来说，同步意味着一步接一步，而异步意味着不需要等待前一步完成就可以继续下一步。

除此之外还会经常听到一些概念：

同步阻塞

在同步阻塞模式下，一个操作（如I/O操作）在完成之前，当前线程会停止执行，直到这个操作完成。在此期间，CPU不能做其他事情，从而导致CPU资源浪费。

同步非阻塞

在同步非阻塞模式下，一个操作（如I/O操作）在完成之前，当前线程不会停止执行，而是继续执行其他任务。但是，线程需要不断地检查这个操作是否已经完成，这就是所谓的轮询，这种方式会占用大量CPU资源。

异步阻塞

这是一种比较少见的模式，通常不会在实际开发中使用。在异步阻塞模式下，一个操作（如I/O操作）在完成之前，当前线程会停止执行，当操作完成时，线程会收到一个通知。但是，在等待操作完成的过程中，线程是被阻塞的。

异步非阻塞 

 异步非阻塞：在异步非阻塞模式下，一个操作（如I/O操作）在完成之前，当前线程不会停止执行，而是继续执行其他任务。当操作完成时，线程会收到一个通知。这种方式既不会浪费CPU资源，也不会阻塞线程，因此在实际开发中使用最广泛。

保护性暂停模式

保护性暂停（Guarded Suspension）是一种并发设计模式，用于处理一个线程需要等待另一个线程的结果的情况。

在这种模式中，一个线程执行某个操作并等待结果，而这个结果需要由另一个线程提供。如果结果还没有准备好，那么等待结果的线程就会暂停执行（通常是通过等待/通知机制实现），直到结果准备好为止。  

这种模式可以确保线程在继续执行之前，所需要的条件已经满足。这就是为什么它被称为“保护性暂停”。

利用wait-notify实现保护性暂停模式，详情四、wait-notifys-CSDN博客

class GuardedObject {
    private Object response;
    public synchronized Object get() {
        while (response == null) { //注意此地用的是while，而不是if
            try {
                wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        return response;
    }

    public synchronized void complete(Object response) {
        this.response = response;
        notifyAll();
    }
}

 除此之外，很多地方都采用了这样的模式，例如BlockingQueue，FutureTask。