C#学习笔记-异步编程(1)：多线程

进程和线程

• 进程：给定程序当前正在执行的实例（P506）【比如Word，每打开编辑一个Word文档都是一个独立的实例，相互之间隔离、不共享数据】
• 线程：程序“控制点”（P506）【比如网易云音乐，播放音乐的同时，还可以查看歌曲评论、同时歌词还在滚动展示，每个功能都是这个软件一个控制点的延续】

多线程主要用于解决两类问题

• 实现多任务
• 解决延迟

计算延迟与多线程/进程

计算机执行时有两类造成计算延迟的类型：

• CPU密集型/计算密集型：大部份时间用来做计算、逻辑判断等CPU 动作的程序称之CPU 密集型。
• I/O密集型：系统运作，大部分的状况是CPU 在等I/O (硬盘/内存)的读/写。

多进程适合在CPU 密集型操作(CPU操作指令比较多，如位数多的浮点运算)。多线程适合在IO 密集型操作(读写数据操作较多的，比如爬虫)。

并发/并行

• 并行：“一起”进行的操作【例如在喝水的时候，眼睛盯着电脑屏幕看文档、耳朵听着音乐、手上还在记笔记。用造句就是一边做A，一边做B，一会儿做C】
• 并发：几个操作在一段时间内容同时被完成，一个操作完成的同时、顺带另一个任务也被完成【炒菜的时候，天下雨了，去阳台收衣服的同时，还要时不时地回厨房看下菜有没有糊。用造句就是一会儿做A，一会儿做B，一会儿做C】。

【注：相比于并行，并发其实有个隐藏的前提，就是可供调度的资源数是有限的。如果我可以分身，那么一个我去收衣服，另一个我在炒菜，就不构成并发的场景。同样的，之所以我可以并行做多件事，只是相对于我这个大系统而言，若是要我喝水的时候说话，我也做不到，因为嘴巴这个资源是有限的，只能喝口水之后再讲话。】

并发/并行与多线程/进程

• 并行可以通过多进程实现。可以看到并行其实暗示着各个操作相互之间是隔离的，通过分配到多个进程则可以实现这个目的。
• 并发可以通过多线程实现。前面提到并发的前提，对于单个计算机而言，就是任务数多、CPU核数少的场景。因此只能通过调度多个线程、所有线程共享有限的内存空间来实现。

多线程的实现方式

类似于前面的例子，操作系统和人一样，也是通过“一会儿做A，一会儿做B”来实现多线程的。具体方式就是“时间切片（time slicing）”的机制来模拟多个线程并发运行。操作系统以极快的速度从一个线程切换道另一个线程，给人的感觉就是所有线程都在同时执行。（P507）

多线程的问题

• 上下文切换【即时间切片】是有代价的，线程太多，切换开销就会开始显著影响性能。（P507）
• 【非原子性操作触发竞态条件，造成不确定性】。当两个线程访问同一对象时，操作系统会在它认为合适的任何时间，在任何两个线程之间切换上下文，无法预测哪个“线程”会抢先运行。而部分完成的非原子性操作就会造成【数据的】不一致状态。（P508）
• 【缓存与主存同步的定时性使得数据不一致】。缓存会定时与主内存同步，两个线程分别处理读写各自从主存中同步的缓存数据，相互之间看不到对方的时时更新，造成结果不一致。（P508）
• 锁定造成死锁。两个线程相互等待对方释放锁才能运行，结果造成了程序锁死。（P509）