并发简史

早期计算机 🔥

早期的计算机没有操作系统，从头到尾只执行一个程序，该程序可以访问计算机所有资源。

所以在该环境下，严重浪费了稀有的计算机资源，并且很难编写和运行程序。

操作系统、进程、线程出现

功能

• 每次可以执行多个程序，不同程序运行在不同的进程中
• 操作系统为各个独立的进程分配资源：内存、文件句柄、安全证书等
• 进程间可以通过粗粒度的通信机制来交换数据：套接字、信号处理器、共享内存、信号量、文件等

目的 🔥

操作系统、进程、线程出现，是为了解决如下问题（基于如下原因）：

• 资源利用率 在等待IO时执行其他程序可以提高资源利用率
• 公平性 不同用户和程序对于计算机的资源有着同等的使用权，一种方式是通过粗粒度时间分片使用户和程序共享计算机资源，而不是有一个程序从头执行到尾，在启动下一个程序
• 便利性 在计算多个任务时，不应该只编写一个程序实现，应该每个程序执行一个任务，并在必要时互相通信

线程 🔥

上述也是线程出现的因素

• 现代操作系统中，都是以线程为基本的调度单位，不是进程！
• 线程允许在同一个进程中同时存在多个程序控制流
• 线程会共享进程范围内的资源：内存句柄、文件句柄。但每个线程有各自的程序计数器（PC）、栈、局部变量等
• 同一个程序（不同程序当然也可以）的多个线程可以同时被调度到多个CPU上运行

线程优势 🔥

• GUI 采用一个事件分发线程来代替主事件循环，提高用户界面响应灵敏度。
• 服务器 通过提高时钟频率来提高性能越来越困难，转而在单个芯片上放多个处理器核。 多线程程序可以在多处理器上执行，提高了处理器资源利用率从而提升系统吞吐率 多线程程序在单处理器上执行，在等待IO时可以让另一个线程继续执行，从而提高吞吐率
• 简化JVM实现 GC通常在一个或多个专门的线程中运行
• 建模的简单性 如：Servlet程序就像编写单线程程序一样，无需关心多少请求在同一时刻要被处理，无需了解Socket是否阻塞
• 异步事件简单化处理 单线程服务器应用必须使用非阻塞IO，其复杂性远高于同步阻塞IO，容易出错。 早期操作系统可创建线程数量比较少（数百），所以操作系统提供了实现多路IO的方法，如Unix的select、poll等。要调用这些方法，Java需要实现非阻塞IO（NIO）。而现代操作系统可创建线程数量有极大提升，为每个客户端分配一个线程也行

线程风险 🔥

安全性问题 🔥

• 由于同一个进程中的所有线程都共享进程的内存地址空间，所以这些线程可以访问相同的变量，并在同一个堆上分配对象
• 此时需要比在进程中共享数据更细粒度的数据共享机制，即明确的同步机制协同对共享数据访问。

如：++的非原子操作、指令重排问题

活跃性问题 🔥

如：死锁、饥饿、活锁

性能问题 🔥

活跃性问题意味着某件事情应该最终会发生，但是不够好。与活跃性问题相关的就是性能问题。

在多线程程序中，线程调度器挂起活跃线程转而运行另一个线程时，就会频繁出现上下文切换，该操作会带来极大的开销：保存和恢复执行上下文，丢失局部性，且CPU将更多花在线程调度上！而不是线程执行上！