第002节:并发性Concurrency

1.1 多任务

怎么来理解多任务呢?其实就是指我们的操作系统可以同时执行多个任务。举个例子,你一边听音乐,一边刷微博,一边聊QQ,一边用Markdown写作业,这就是多任务,至少同时有4个任务正在运行。还有很多任务悄悄地在后台同时运行着,只是界面上没有显示而已。

第002节:并发性Concurrency

CPU的速度太快啦。。。

第002节:并发性Concurrency

1.2 什么是并发

Go是并发语言,而不是并行语言。在讨论如何在Go中进行并发处理之前,我们首先必须了解什么是并发,以及它与并行性有什么不同。(Go is a concurrent language and not a parallel one. )

并发性Concurrency是同时处理许多事情的能力。

举个例子,假设一个人在晨跑。在晨跑时,他的鞋带松了。现在这个人停止跑步,系鞋带,然后又开始跑步。这是一个典型的并发性示例。这个人能够同时处理跑步和系鞋带,这是一个人能够同时处理很多事情。

什么是并行性parallelism,它与并发concurrency有什么不同?
并行就是同时做很多事情。这听起来可能与并发类似,但实际上是不同的。

让我们用同样的慢跑例子更好地理解它。在这种情况下,我们假设这个人正在慢跑,并且使用它的手机听音乐。在这种情况下,一个人一边慢跑一边听音乐,那就是他同时在做很多事情。这就是所谓的并行性(parallelism)。

并发性和并行性——一种技术上的观点。
假设我们正在编写一个web浏览器。web浏览器有各种组件。其中两个是web页面呈现区域和下载文件从internet下载的下载器。假设我们以这样的方式构建了浏览器的代码,这样每个组件都可以独立地执行。当这个浏览器运行在单个核处理器中时,处理器将在浏览器的两个组件之间进行上下文切换。它可能会下载一个文件一段时间,然后它可能会切换到呈现用户请求的网页的html。这就是所谓的并发性。并发进程从不同的时间点开始,它们的执行周期重叠。在这种情况下,下载和呈现从不同的时间点开始,它们的执行重叠。

假设同一浏览器运行在多核处理器上。在这种情况下,文件下载组件和HTML呈现组件可能同时在不同的内核中运行。这就是所谓的并行性。

第002节:并发性Concurrency

并行性Parallelism不会总是导致更快的执行时间。这是因为并行运行的组件可能需要相互通信。例如,在我们的浏览器中,当文件下载完成时,应该将其传递给用户,比如使用弹出窗口。这种通信发生在负责下载的组件和负责呈现用户界面的组件之间。这种通信开销在并发concurrent 系统中很低。当组件在多个内核中并行concurrent 运行时,这种通信开销很高。因此,并行程序并不总是导致更快的执行时间!

第002节:并发性Concurrency

1.3 进程、线程、协程

进程(Process),线程(Thread),协程(Coroutine,也叫轻量级线程)

进程
进程是一个程序在一个数据集中的一次动态执行过程,可以简单理解为“正在执行的程序”,它是CPU资源分配和调度的独立单位。
进程一般由程序、数据集、进程控制块三部分组成。我们编写的程序用来描述进程要完成哪些功能以及如何完成;数据集则是程序在执行过程中所需要使用的资源;进程控制块用来记录进程的外部特征,描述进程的执行变化过程,系统可以利用它来控制和管理进程,它是系统感知进程存在的唯一标志。 进程的局限是创建、撤销和切换的开销比较大。

线程
线程是在进程之后发展出来的概念。 线程也叫轻量级进程,它是一个基本的CPU执行单元,也是程序执行过程中的最小单元,由线程ID、程序计数器、寄存器集合和堆栈共同组成。一个进程可以包含多个线程。
线程的优点是减小了程序并发执行时的开销,提高了操作系统的并发性能,缺点是线程没有自己的系统资源,只拥有在运行时必不可少的资源,但同一进程的各线程可以共享进程所拥有的系统资源,如果把进程比作一个车间,那么线程就好比是车间里面的工人。不过对于某些独占性资源存在锁机制,处理不当可能会产生“死锁”。

协程
协程是一种用户态的轻量级线程,又称微线程,英文名Coroutine,协程的调度完全由用户控制。人们通常将协程和子程序(函数)比较着理解。
子程序调用总是一个入口,一次返回,一旦退出即完成了子程序的执行。

与传统的系统级线程和进程相比,协程的最大优势在于其"轻量级",可以轻松创建上百万个而不会导致系统资源衰竭,而线程和进程通常最多也不能超过1万的。这也是协程也叫轻量级线程的原因。

协程与多线程相比,其优势体现在:协程的执行效率极高。因为子程序切换不是线程切换,而是由程序自身控制,因此,没有线程切换的开销,和多线程比,线程数量越多,协程的性能优势就越明显。

Go语言对于并发的实现是靠协程,Goroutine

原创文章,Golang中国出品,文章对应源码下载:https://www.qfgolang.com/?page_id=1973

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