7.并发与并行

并发与并行的关系

• 在单个处理器上采用单核执行多个任务即为并发。在这种情况下，操作系统的任务调度程序会很快从一个任务切换到另一个任务，因此看起来所有的任务都是同时运行的。
• 同一时间内在不同计算机、处理器或处理器核心上同时运行多个任务，就是所谓的“并行”。

同步

在并发中，我们可以将同步定义为一种协调两个或更多任务以获得预期结果的机制。同步的方式有
两种：

• 控制同步：例如，当一个任务的开始依赖于另一个任务的结束时，第二个任务不能再第一个任务完成之前开始。
• 数据访问同步：当两个或更多任务访问共享变量时，再任意时间里，只有一个任务可以访问该变量。

与同步密切相关的一个概念时临界段。临界段是一段代码，由于它可以访问共享资源，因此再任何
给定时间内，只能被一个任务执行。互斥是用来保证这一要求的机制，而且可以采用不同的方式来实现。

同步可以帮助你在完成并发任务的同时避免一些错误，但是它也为你的算法引入了一些开销。你必
须非常仔细地计算任务的数量，这些任务可以独立执行，而无需并行算法中的互通信。这就涉及并发算法的粒度。如果算法有着粗粒度（低互通信的大型任务），同步方面的开销就会较低。然而，也许你不会用到系统所有的核心。如果算法有者细粒度（高互通信的小型任务），同步方面的开销就会很高，而且该算法的吞吐量可能不会很好。

并发系统中有不同的同步机制。从理论角度看，最流行的机制如下：

• 信号量（semaphore）
• 监视器

不可变对象

不可变对象是一种非常特殊的对象。如果想修改一个不可变对象，那么你就必须创建一个新的对象。
不可变对象的主要优点在于它是线程安全的。你可以在并发应用程序中使用它而不会出现任何问题。
不可变对象的一个例子就是java中的String类。当你给一个String对象赋新值时，会创建一个新的String对象。

并发的问题

• 数据竞争：例如：多个线程对同一个非线程安全的变量进行修改
• 死锁
• 活锁
• 资源不足
• 资源不足