大白话描述并发编程重要概念

Posted 2022-04-17 sp42a

在各类编程语言中，各种应用的开发中，为了提高执行效率，都会有涉及到多线程。而在多线程编程中，有许多的概念，这些概念在书中都以偏教科书的形式描述，并不易于理解。本文将会以更生活化的方式来描述多线程中常见的概念。对于表述的内容，欢迎留言讨论。

并发 VS 并行

多线程编程，一般又会称为并发编程。而与如同孪生兄弟一般的一个概念，叫并行。

所谓并发，是在多核之前就已经存在的概念，多个线程通过交替执行来实现任务的执行。而并行，更多的是指多核的基础上，多个线程同时执行。就像我们去WC，此时马桶只有一个，正常的每次只有一个人在使用，这就是单线程执行。

如果有两个或多个人在等待，占有马桶的人便秘，为了短作业优先的原则，换下一个使用，这种每人使用一会儿是多线程并发执行。如果马桶数大于等待人数，人们可以直接使用， 同时进行，这种则是多线程并行执行。

刷墙

假设当前要为一个房子刷颜料，而房子内房间比较多。一开始的时候，工人 A 一个人在干活，每天从早忙到晚，进度缓慢。 (单线程执行)

为了提升效率，工人 A 又找了一个帮手，我们称之为工人 B(多线程)。两个人里，A 更擅长涂料的调配，而 B 更擅长墙面的粉刷。两个人分工合作。在 A 调好涂料好，B 开始粉刷。A 把配好的涂料放到桶里，B 拿到桶，进行粉刷工作。

整个配料包含最主要的三个步骤:

• 加水
• 增加涂料
• 搅拌

有一天，B 心里有事，心不在焉的。A 刚把水倒到桶里，B 就拿走桶使用它开始粉刷，做了不少无用功（由于不正确的执行顺序导致的结果的情况，称为竞态条件）。

A 发现自己桶里的东西，可能会在没配好的时候，被 B 使用到(非原子操作)。为此 A 搬到了一个小房间中，每次一桶涂料配好之后，才会放到涂料区，B 从这里拿到配好的料去进行粉刷。

在 A 配料期间，桶都被 A 占用，B 不再会像之前一样，使用到调配了一半的料。(我们把 A 的一次配料工作称为一次原子操作。同时认为 A 的操作 Happens-before B 的操作)

A 与 B 对桶的使用，两人里，每次只能一人在使用。我们称这种操作是互斥的。

这种通过桶占有的方式来实现的锁定，我们称为隐式锁。Java 里称为 Monitor 锁或管程锁。而为了保证在小房间内不被其他人打扰到，A 每次配料期间，会在门上写上工作中，请稍后，这样别人看到后就不会再进入房间打断，这种形式的锁定，我们称为显式锁。

假设 A 与 B 的涂料交付是在公共区域的涂料区进行，那么，每次A在小房间内配好的料，对于 B 来说，并不知晓。只有A把料放到公共区域内，B 才能使用到。(这就是多线程中常提到的内存可见性)。再假设 A 放到公共区域的料，B 有一段时间没取走，被不知情的人带走了。而之后不久，A 又一次提供料到公共区域，此时B来取料，对于 B 来说，并不了解之前一次 A 曾提供过料。(这是并发中常提到的 ABA 问题)。

以上，是我根据个人理解做的一些类比。这些概念在并发编程中都是相当重要的，后面的文章中，我们再以 Java 中与这些概念对应的实现来举例说明。