并发

并行与并发

并行：在同一时刻，有多个指令在多个 CPU 上同时执行。借助多核 CPU 实现，是真并行。

并发：在同一时刻，有多个指令在单个 CPU 上交替执行，是假并行。

• 宏观：用户体验上，程序在并行执行
• 微观：多个计划任务顺序执行，飞快的切换，轮换使用 CPU 时间片

进程与线程

进程并发

进程并发出现问题：

• 系统开销大，占用资源多，开启进程数量比较少
• 在 Unix/Linux 系统下，还会产生孤儿进程和僵尸进程

在 Unix/Linux 系统中，第一个进程是 init，正常情况下，子进程是通过父进程 fork 创建的，子进程再创建新的进程。

线程并发

线程：LWP（light weight process）轻量级进程，本质仍是进程（Linux 下）。

线程分为用户线程和内核线程：

• 内核线程由操作系统管理和调度，是内核调度实体。它能够直接操作计算机底层资源，充分利用多核 CPU 并行计算的优势，但是线程切换时需要 CPU 切换到内核态，存在一定开销
• 用户线程由用户空间的代码创建、管理和调度，无法被操作系统感知，切换时无须切换到内核态，切换开销小且高效

在用户态，每个线程的存在形式可认为是一块内存地址。这块内存完全私有，既不能访问其他线程内存，也不能被其他线程访问。

在一个程序进程中，所分配内存除了各个线程的私有内存外，还存在着共享内存，共享内存可以被所有线程访问。如果某块共享内存被多个线程任务同时修改，就会导致共享内存的状态不可控。这就是线程安全问题的由来。

进程与线程区别：

• 进程：独立地址空间，拥有 PCB
• 线程：有独立 PCB，但没有独立地址空间（共享）
• 区别在于是否共享地址空间，进程独居，线程合租
• 在 Windows 系统下，线程是最小的执行单位，是被系统独立调度和分派的基本单位，而进程只是给线程提供执行环境（进程是最小的系统资源分配单位）

协程并发

协程：coroutine，是一种用户线程，属于轻量级线程。一个线程（栈 MB 级别）中可以有任意多个协程，但某一时刻只能有一个协程在运行，多个协程分享该线程分配到的计算机资源。

Go 协程

goroutine 是 Go 中的并发实体，是一种轻量级线程（栈 KB 级别），使用通道发送和接收消息。

一个 Go 主线程上，可以起多个 Go 协程（goroutine），其特点：

• 有独立的栈空间
• 共享程序堆空间
• 调度由用户控制
• 一种轻量级线程

主线程是一个物理线程，直接作用在 CPU 上，是重量级的，非常耗 CPU 资源。而协程从主线程开启的，是轻量级线程，是逻辑态，对资源消耗相对小。

其它编程语言的并发机制一般是基于线程，开启过多线程，资源消耗大。而 Go 可以轻松的开启上万个协程，这就突显了 Go 在并发上的优势。

MPG 模式

Go 协程的调度由 Go 运行时管理，称为 MPG 模式（Minimal Preemptive Goroutine）。

• M：操作系统主线程，是物理线程
• P：协程执行需要的上下文
• G：协程

协程通信

Go 提倡通过通信共享内存，而不是通过共享内存实现通信。

对于多协程/线程应用来说，实现同步的目的是防止对共享内存的同时修改，锁机制可用来实现协程间的同步。

Go 语言提供了信号量(Mutex)来实现互斥，有两种锁：sync.Mutex 和 sync.RWMutex。