浅谈并发并行异步同步

引言：

最近一直对于并行异步同步的问题存在疑惑，网上只有笼统的解释，并不能很好的解决疑惑，所以写了下自己的一些认识，欢迎大家拍砖。

1.关键字的解释：

并行： 一般指并行计算，是说同一时刻有多条指令同时被执行，这些指令可能执行于同一CPU的多核上，或者多个CPU上,或者多个物理主机甚至多个网络中.

同步：进程之间的关系不是相互排斥临界资源的关系，而是相互依赖的关系。进一步的说明：就是前一个进程的输出作为后一个进程的输入，当第一个进程没有输出时第二个进程必须等待。具有同步关系的一组并发进程相互发送的信息称为消息或事件。
其中并发又有伪并发和真并发，伪并发是指单核处理器的并发，真并发是指多核处理器的并发。

异步：与同步相对应，异步指的是让CPU暂时搁置当前请求的响应,处理下一个请求,当通过轮询或其他方式得到回调通知后,开始运行。多线程将异步操作放入另一线程中运行，通过轮询或回调方法得到完成通知,但是完成端口，由操作系统接管异步操作的调度，通过硬件中断，在完成时触发回调方法，此方式不需要占用额外线程。

2.结合代码的讲解：

最好的讲解方式莫过于代码演示，针对并发：

#include <stdio.h>
#include <pthread.h>

//线程
/*****************************************
void *fun2(void *arg){
    char s[110];
    while(1){
        puts("你是handsomecui!");
        sleep(2);
    }
}
void *fun1(void *arg){
    char s[100];
    while(1){
        scanf("%ss", s);
        printf("人生自古多无情 : %s\n", s);
        sleep(3);
    }
}
int main(){
    pthread_t pid[10];
    int i;
    for(i = 0; i < 10; i++){
        if(i & 1) pthread_create(&pid[i], NULL, fun1, NULL);
        else pthread_create(&pid[i], NULL, fun2, NULL);
        //pthread_join(pid[i], NULL);
    }
    for(i = 0; i < 10; i++){
        pthread_join(pid[i], NULL);
    }
    return 0;
}
*************************************************************/
//进程
int main(){
    int pid;
    pid = fork();
    if(pid == 0){
        while(1){
            puts("我是handsomecui!");
            sleep(2);
        }
    }
    else{
        while(1){
            char s[110];
            scanf("%s", s);
            printf("人生自古多无情 ： %s\n", s);
            sleep(3);
        }
    }
    return 0;
}

以上通过多进程以及多线程解释了并发的概念；其实并发就是多线程或者多进程同时执行，注意进行io操作时需要加锁；

下面详细讲解并行，异步，同步的概念；

代码：

#include <stdio.h>
#include <pthread.h>
pthread_mutex_t mutex;
void *shaoshui(void *arg){
    pthread_mutex_lock(&mutex);
    sleep(1);
    puts("prepare for shaoshui!");
    pthread_mutex_unlock(&mutex);
    sleep(8);
    puts("shaochui finish!");
    pthread_mutex_lock(&mutex);
    sleep(1);
    puts("shut down water");
    pthread_mutex_unlock(&mutex);
}
void *jugangling(void *arg){    
    pthread_mutex_lock(&mutex);
    sleep(10);
    puts("jugangling finish");
    pthread_mutex_unlock(&mutex);
}
void *xiyifu(void *arg){    
    pthread_mutex_lock(&mutex);
    sleep(1);
    puts("prepare for xiyifu");
    pthread_mutex_unlock(&mutex);
    sleep(5);
    puts("xiyifu finish");
    pthread_mutex_lock(&mutex);
    sleep(1);
    puts("shut down xiyiji");
    pthread_mutex_unlock(&mutex);
}
int main(){
    pthread_t pth[3];
    int begin = time(NULL);
    pthread_mutex_init(&mutex, NULL);
    pthread_create(&pth[0], NULL, shaoshui, NULL);
    pthread_create(&pth[1], NULL, xiyifu, NULL);
    pthread_create(&pth[2], NULL, jugangling, NULL);
    int i;
    for(i = 0; i < 3; i++){
        pthread_join(pth[i], NULL);
    }
    int end = time(NULL);
    printf("spend time %d\n", end - begin);
    return 0;
}

 

举一个简单例子，  假设我要做 烧开水，举杠铃100下， 洗衣服 3件事情。

烧开水 这件事情，  我要做的事情为， 准备烧开水 1分钟， 等开水烧开 8 分钟 , 关掉烧水机 1分钟
举杠铃100下        我要做的事情为,  举杠铃100下  10分钟
洗衣服            我要做的事情为， 准备洗衣服 1分钟， 等开水烧开 5 分钟 , 关掉洗衣机 1分钟

代码思路：

线程1  准备烧开水 1分钟， 等开水烧开 8 分钟 , 关掉烧水机 1分钟
线程2  举杠铃100下  10分钟
线程3  准备洗衣服 1分钟， 等开水烧开 5 分钟 , 关掉洗衣机 1分钟

单核情况下
同步的完成，我需要做的时间为 1+ 8 +1 + 10 + 1+ 5 +1 = 27 分

如果异步，就是上面的代码，需要14分钟，就是在等的时候，我们可以切换去做别的事情

准备烧开水(1) + 准备洗衣服(1) + 举50下杠铃 (5)分钟+ 关洗衣机 1分钟 + 举杠铃20下 (2)分钟+ 关烧水机 1分钟 + 举30下杠铃(3)分钟
1+1+5+1+2+1+3 =14 分钟

那么在多核的情况下，也就是说现在是多个人解决这三个问题，我们就不需要在准备洗衣服等情况下进行加锁了，你在干这件事情的时候，别的可以交给其他小伙伴：
多核 异步 并行

核1  准备烧开水 1分钟+ 举杠铃50下(5)分钟+ 等待3分钟 + 关掉烧水机 1分钟

核2  准备洗衣服 1分钟+ 举杠铃50下(5)分钟+ 关掉洗衣机 1分钟 + 等待3分钟

其实只花了 1+5+3+1 = 10分钟

其中还有双核都等待了3分钟

那么对于上面的代码我们完全可以把锁去掉，相当于多核的情况。

双核 异步 非并行

核1  举杠铃100下(10)分钟

核2  准备烧开水 1分钟+ 准备洗衣服 1分钟+ 等待5 分钟+ + 关掉烧水机 1分钟  + 等待 1 分钟 + 关掉洗衣机 1分钟

其实只花了 1+5+3+1 = 10分钟

针对并行与非并行无非就是一件事并行就是可以一起做，非并行则不然。。。

异步和同步的区别，  在io等待的时候，同步不会切走，浪费了时间。

如果都是独占cpu 的业务， 比如举杠铃的业务， 在单核情况下 多线和单线 没有区别。

多线程的好处，比较容易的实现了 异步切换的思想， 因为异步的程序很难写的。多线程本身程还是以同步完成，但是应该说
比效率是比不上异步的。 而且多线很容易写， 相对效率也高。

多核的好处，就是可以同时做事情， 这个和单核完全不一样的。

实例参考： http://blog.csdn.net/cqkxboy168/article/details/9026205

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