线程与并发
复习
- 时间片与优先级调度：让多个程序都感觉自己被及时响应
- 多级反馈队列：不知道任务长短时，靠反馈自动调整优先级
- 多核调度：任务分到多个 CPU 后还要处理负载和缓存亲和
TL;DR
- 线程是进程内部的一条执行线，一个进程可以有多条
- 同一进程的线程共享地址空间和资源，各自有寄存器和栈
- 并发是“看起来同时”，并行是“真的同时”
- 线程更轻、切换更省，但共享内存也让它们更容易互相干扰
正文
一个文本编辑器，既要响应你的按键，又要在后台自动保存文件。它是怎么“同时”做两件事的？
你可能会说：开两个进程不就行了。可进程之间是隔离的——共享一段数据要费不少周折，创建和切换的开销也不小。于是，人们想在同一个进程内部，分出几条并行的执行线。
进程里的多条执行线
这个“执行线”，就是线程（thread）。
一个进程可以包含多个线程。它们共享同一个地址空间、同一批打开的文件、同样的全局数据；但每个线程有自己独立的寄存器和栈——因为每条执行线都要记住自己跑到哪了。
进程
├── 地址空间、打开的文件（共享）
├── 线程 1：寄存器 + 栈
├── 线程 2：寄存器 + 栈
└── 线程 3：寄存器 + 栈
好比一间办公室：办公桌、文件柜、打印机（地址空间、资源）是所有员工（线程）共用的；但每个人手头正在做的事（寄存器、栈）各不相同。
并发与并行
这里要分清两个容易混的词：
- 并发（concurrency）：多个任务在一段时间内都在推进，看起来像同时，但可能是在一个核上快速切换出来的
- 并行（parallelism）：多个任务在同一时刻真的各占一个核，同时执行
一个核也能“并发”——靠时间片切换，你几乎察觉不到；但真正的“并行”，需要多个核。二者不是一回事。
线程的利与弊
线程的好处很直接：
- 轻量：创建、切换只涉及寄存器和栈，比整个进程便宜
- 方便共享：同一进程的线程天然共享数据，不必像进程那样绕来绕去
- 响应好：一个线程在等 I/O 时，别的线程可以继续干活
可共享是一把双刃剑。正因为线程共用同一片内存，它们很容易互相踩脚：两个线程同时改同一个变量，可能算错；一个线程崩溃，整个进程都可能遭殃。
这正是“并发”话题的由来：一旦允许多条执行线共享数据，我们就得想办法让它们不冲突。这部分内容，从下一章起会连着讲好几章。
思考题
一个进程的多个线程共享地址空间，只在寄存器和栈上各自独立。为什么“栈”必须每个线程一份，而不能共享？
小结
知识点
- 线程是进程内的执行线，一个进程可有多个
- 线程共享地址空间和资源，各有寄存器和栈
- 并发是“看起来同时”，并行是“真的同时”
- 线程轻量、便于共享，但共享也带来冲突风险
参考资料
- Wikipedia(zh)：线程：线程的概念
- Wikipedia(zh)：并发计算：并发与并行的区别
- Wikipedia(zh)：并行计算：并行计算
思考题答案（仅供参考）
栈记录的是“这条执行线自己的调用过程”：函数调到哪里、局部变量是什么、返回地址在哪。每条执行线走的函数、想返回的地方都不一样，必须各存一份，否则两条线会互相覆盖对方的返回地址，一返回就跳错地方。而堆、全局数据这类“大家都要用”的内容，才适合共享。所以“共享地址空间、各自独立栈”的分工，恰好对应了“资源共用、执行独立”。
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设计师 | 南国微雪