并发、并行、同步、异步、进程，线程、串行、并行？一文弄懂八大概念

参考博文：并发、并行、串行、同步、异步的区别？

java多线程详解(并发,并行,同步)

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并发、并行、同步、异步、进程，线程、串行、并行？一文弄懂八大概念
- 并行与并发(单处理器和多处理器)：
- 进程与线程：
- - 概念合集：
  - 进程与线程的区别：
  - 线程调度:
  - 多线程优势:
- 同步与异步：
- 串行、并行：

并行与并发(单处理器和多处理器)：

程序在没有任何流程控制下，代码都是由上而下逐行执行的。
但是我们想要实现一个程序既coding又eating该怎么办？
此时就需要用到我们的技术-多线程，同时也引出了我们的概念：并行与并发

并行：指两个或多个事件在同一时刻点发生

并发：指两个或多个事件在同一时间段内发生

我们从定义上来看看两者文字上的区别，一个是同一时刻点，一个是同一时间段

这说明并行才是真正意义上的同时执行，而并发我个人觉得可以称之为伪并行.

实际情况是怎么样的呢？

在操作系统中，在多道程序环境下，并发性是指在一段时间内宏观上有多个程序在同时运行，但在单CPU系统中，每一时刻却仅能有一道程序执行（时间片），故微观上这些程序只能是分时地交替执行。这也就是我说是伪并行的原因，虽然客观上存在同个程序任务在同时运行，但实际上cpu还是给它们设定了一定的顺序。所以，核心矛盾就出在了cpu上.

倘若计算机系统中有多个CPU，则这些可以并发执行的程序便可被分配到多个处理器上，实现多任务并行执行，即利用每个处理器来处理一个可并发执行的程序，这样，多个程序便可以同时执行，因为是微观的，所以大家在使用电脑的时候感觉就是多个程序是同时执行的。

单核处理器的计算机肯定是不能并行的处理多个任务的，只能是多个任务在单个CPU上并发运行。

此时，多处理器(multiprocessor)的概念应运而生：

多处理器：至少含有两个处理器的计算机系统。与之对应的概念是单处理器，它仅包含一个处理器(uniprocessor),它仅含一个处理器.

多处理器不仅仅是性能上的提升，还增加了鲁棒性(robust),如果在包含n个处理器的多处理器系统中有一个处理器失效，该系统将继续使用n-1个处理器提供服务。

有了多处理器，就有了高性能，也就有了处理单独一个任务的高吞吐量，这就被称作任务级并行(task-level parallelism)或者进程级并行(process-level parallelism).这些任务是独立的单线程应用程序.

这在多处理器计算机中非常重要并且普遍使用。与之相对应的方法是在多个处理器上运行一个作业。我们使用术语-并行处理程序(paraller processing program)来表示同时运行在多个处理器上的单一程序.

由此可见，限制并行与并发的关键因素是是否能有多核(multi-core)的处理器.

进程与线程：

同理,对于单核cpu而言，线程也是一样的，从宏观角度上理解线程是并行运行的，但是从微观角度上分析却是串行运行的，即一个线程一个线程的去运行，当系统只有一个CPU时，线程会以某种顺序执行多个线程，我们把这种情况称之为线程调度。
时间片即CPU分配给各个程序的运行时间.

概念合集：

进程是指一个内存中运行中的应用程序。每个进程都有自己独立的一块内存空间，一个应用程序可以同时启动多个进程。比如在Windows系统中，一个运行的abc.exe就是一个进程。
线程是指进程中的一个执行任务(控制单元)，一个进程可以同时并发运行多个线程
多任务系统,该系统可以运行多个进程,一个进程也可以执行多个任务,一个进程可以包含多个线程.

多进程：操作系统中同时运行的多个程序。
多线程：在同一个进程中同时运行的多个任务。

在操作系统中允许多个任务，每一个任务就是一个进程，每一个进程也可以同时执行多个任务，每一个任务就是线程。

进程与线程的区别：

进程：有独立的内存空间，进程中的数据存放空间（堆空间和栈空间）是独立的，至少有一个线程。
线程：堆空间是共享的，栈空间是独立的，线程消耗的资源也比进程小，相互之间可以影响的，又称为轻型进程或进程元。

因为一个进程中的多个线程是并发运行的，那么从微观角度上考虑也是有先后顺序的，那么哪个线程执行完全取决于CPU调度器(JVM来调度)，程序员是控制不了的。
我们可以把多线程并发性看作是多个线程在瞬间抢CPU资源，谁抢到资源谁就运行，这也造就了多线程的随机性。
Java程序的进程(Java的一个程序运行在系统中)里至少包含主线程和垃圾回收线程(后台线程)。

线程调度:

计算机通常只有一个CPU时,在任意时刻只能执行一条计算机指令,每一个进程只有获得CPU的使用权才能执行指令.
所谓多进程并发运行,从宏观上看,其实是各个进程轮流获得CPU的使用权,分别执行各自的任务.
那么,在可运行池中,会有多个线程处于就绪状态等到CPU,JVM就负责了线程的调度.
JVM采用的是抢占式调度,没有采用分时调度,因此可以能造成多线程执行结果的的随机性。

多线程优势:

多线程作为一种多任务、并发的工作方式，当然有其存在优势：
① 进程之前不能共享内存，而线程之间共享内存(堆内存)则很简单。
② 系统创建进程时需要为该进程重新分配系统资源,创建线程则代价小很多,因此实现多任务并发时,多线程效率更高.
③ Java语言本身内置多线程功能的支持,而不是单纯的作为底层系统的调度方式,从而简化了多线程编程.

同步与异步：

同步概念多用于并行任务执行下的概念，其底层原理可以参考我的博文：
计算机组成设计-并行任务执行下的同步

当任务之间相互独立的时候，任务的并行执行是比较容易的。但往往任务之间需要相互协作，这种协作通常意味着某些任务写的结果是其他任务需要读取的值。这时执行读任务的一方要知道写任务什么时候完成了写操作，才能安全地读回数据。就是说，任务之间需要同步(synchronize),否则就有数据竞争(data race)的危险，导致读数据错误而引起程序运行结果的改变。

下面举一个记者的例子来方便大家理解如果一个故事需要由8个记者共同写作，假设一个记者要写总结，他要阅读所有之前的章节。因此，他必须知道其他记者什么时候可以完成各自的章节，然后他再撰写总结，这样他就不用担心写好总结后其他记者再对各自章节进行修改。所以，他们就需要很好地同步各个章节撰写和阅读的过程，这样总结才能和前面章节中所写的内容相一致。

什么时候需要同步？

当一个并行程序中相互协作的线程需要同步以获得对共享数据的正确的读取行为时
当运行在单处理器上的相互协作的处理过程需要同步以获得对共享数据的正确的读写行为时

同步就是顺序执行，执行完一个再执行下一个，需要等待、协调运行。异步就是与其相反的概念，就是彼此独立,在等待某事件的过程中继续做自己的事，不需要等待这一事件完成后再工作。线程就是实现异步的一个方式。异步是让调用方法的主线程不需要同步等待另一线程的完成，从而可以让主线程干其它的事情。

串行、并行：

并行和串行指的是任务的执行方式。串行是指多个任务时，各个任务按顺序执行，完成一个之后才能进行下一个。并行指的是多个任务可以同时执行，异步是多个任务并行的前提条件。