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併發基本概念及實現,程式、執行緒基本概念

併發、程式、執行緒的基本概念和綜述

併發

可執行程式

程式

執行緒

總結執行緒

併發的實現方法

多程式併發

多執行緒併發

總結

C++11新標準執行緒庫

併發基本概念及實現,程式、執行緒基本概念

併發、程式、執行緒的基本概念和綜述

併發

• 兩個或者更多的任務（獨立的活動）同時發生（進行）：一個程式同時執行多個獨立的任務。
• 以往計算機，單核cpu（中央處理器）—— 某一個時刻只能執行一個任務：由作業系統排程，每秒鐘進行多次所謂的“任務切換”。
• 併發的假象（不是真正的併發），這種切換（上下文切換）是要有時間開銷的。
  • 比如作業系統要儲存你切換時的各種狀態，執行進度等資訊，都需要時間，一會切換回來的時候要復原這些資訊。
• 硬體發展，出現了多處理器計算機：用於伺服器和高效能運算領域。
• 桌上型電腦：在一塊晶片上有多核（多個）cpu：雙核，4核，8核，10核......
  • 能夠實現真正的並行執行多個任務（硬體併發）。

• 使用併發的原因：主要就是同時可以幹多個事，提高效能。

可執行程式

• 磁碟上的一個檔案：
  • windows下， 一個副檔名為. exe的。
  • linux（ ls -la檢視）， rwxrwxrwx (x執行杈限)。

程式

• 程式，就是一個可執行程式執行起來了，就叫建立了一個程式。
• 程式，就是處於執行狀態的可執行程式，是一個動態的概念。

執行緒

 

• 每個程式（執行起來的可執行程式），都有一個主執行緒，這個主執行緒是唯一的，也就是一個程式中只能有一個主執行緒，系統建立的。
• 當你執行要給可執行程式，產生了一個程式後，這個主執行緒就隨著這個程式黑默的啟動起來了。
  • 比如執行一個程式，實際上是程式的主執行緒來執行（呼叫）這個main函式中的程式碼。
  • 主執行緒與程式脣齒相依，有你必然有我，有我必然有你，沒有我必然沒有你。
  • 執行緒：用來執行程式碼的。
• 執行緒這個東西理解成一條程式碼的執行通路（道路）。

• 除了主執行緒之外，我們可以通過自己寫程式碼來建立其他執行緒，其他執行緒走的是別的道路，甚至去不同的地方我每建立一個新執行緒，我就可以在同一個時刻，多幹一個不同的事（多走一條不同的程式碼執行路徑）。
• 多執行緒（併發）
  • 執行緒並不是越多越好，每個執行緒，都需要一個獨立的堆疊空間（1M），執行緒之間的切換要儲存很多中間狀態。
  • 切換會耗費本該屬於程式執行的時間。

總結執行緒

• 執行緒是用來執行程式碼的。
• 把執行緒這個東西理解成一條程式碼的執行通路（道路），一個新執行緒代表一條新的通路。
• 一個程式自動包含一個主執行緒，主執行緒隨著程式黑默黑默的啟動並執行，我們可以通過編碼來建立多個其他執行緒（非主執行緒）
  • 但是建立的數量最大都不建議超過200-300個，至於到底多少個合適，在實際的專案中可以不斷調整和優化。
• 因為主執行緒是自動啟動的，所以一個程式中最少也是有一個執行緒（主執行緒）。程式和主執行緒感覺是參和兒子關係。
• 多執行緒程式可以同時幹多個事，所以執行效率高。但是到底有多高，並不是一個很容易評估和量化的東西。
  • 仍舊需要在實際程式設計，實際專案中進行體會和調整優化。

併發的實現方法

• 兩個或者更多的任務（獨立的活動）同時發生（進行）實現併發的手段：
  • 通過多個程式實現併發。
  • 在單獨的程式中，我們建立多個執行緒來實現併發；自己寫程式碼來建立除了主執行緒之外的其他執行緒。

多程式併發

• 比如word啟動後就是程式，ie瀏覽器啟動後就是個程式。以及上面的案例賬號伺服器，遊戲邏輯伺服器，伺服器程式之間的通訊。
  • 程式之間通訊（同一個電腦上：管道，檔案，訊息佇列，共享記憶體）。
  • 不同電腦上：socket通訊技術。

多執行緒併發

• 多執行緒併發：單個程式中，建立了多個執行緒。
• 執行緒：感覺像輕量級的程式。每個執行緒都有自己獨立的執行路徑，但是一個程式中的所有執行緒共享地址空間（共享記憶體）。
  • 全域性變數，指標，引用都可以線上程之間傳遞，所以，使用多執行緒開銷遠遠小於多程式。
• 共享記憶體帶來新問題，資料一致性問題。
• 多程式併發和多執行緒併發雖然可以混合使用，建議優先考慮多執行緒技術手段而不是多程式。

總結

 

• 和程式比，執行緒如下優點：
  • 執行緒啟動速度更快，更輕量級。
  • 系統資源開銷更少，執行速度更快，比如共享記憶體這種通訊方式比任何其他的通訊方式都快。
• 缺點：
  • 使用有一定難度，要小心處理資料的一致性問題。

C++11新標準執行緒庫

 

• 以往：windows平臺：CreateThread（），_beginthred（），_beginthredeze）建立執行緒
  • linux平臺：pthread_create（）：建立執行緒，涉及臨界區，互斥量等。
  • 以往的多執行緒程式碼不能跨平臺。
• POSIX thread（pthread）：跨平臺，但是需要做一番配置，所以用起來它也不是那麼方便。
• 從c++11新標準，C++語言本身增加對多執行緒的支援，意味著可移植性（跨平臺），大大減少開發量。