2、为什么需要更多的线程

上次谈到了什么是线程，那么秉持存在既有价值的原则，我们探讨一下为什么需要线程，再附带一些关键性的小问题。

在早期时候，计算机能力比较弱，强调功能性而非易用性，直白点，就是只要能干成，总比我干的快，其他都无所谓。但是随着时代发展，对计算机的依赖越来越多，那么要求也越来越多。如果你现在电脑动不动就卡，鼠标转圈圈，你估计就受不了了，更严重的，动不动电脑就要自动重启，估计你要砸电脑了。但是刚开始，计算机的确是会经常自动重启的，因为计算机那个时候不分用户和操作系统，落到底层就是，计算机所需要的资源，跟应用程度所需要的资源是放在一起的。上一节也说过这个情况。这是不安全的，如果应用程序有问题，会导致整个操作系统受牵连。

你可以认为为了解决这个问题，首先让操作系统使用的空间跟用户应用程度使用的空间分来了（内核态和用户态），然后为了让用户应用之间也不互相影响，大家也都各自在各自的地址空间里面吧。这样实现了隔离，解决了相互牵连的问题。

后来，人们发现，应用程序在执行的时候，经常会遇到一些执行时间比较长的操作，这样的话，会导致整个应用程序因为等待而不能响应用户的请求，这样用户就会想，这应用有问题。在执行长时间任务，比如请求一个远程文件，这个时候，除了干等着之外，还可以去干点别的。那怎么干呢？

上一节我们说到线程其实就是一组任务执行序列的组合，既然这样，如果我们把一组任务序列给变成两组，让长时间执行的一组，短时间执行的一组，再加上CPU可以按照时间片切换执行序列，这不就可以穿插执行两组任务了吗？那么对用户体验而言，就不需要一直等长时间执行的任务，点击鼠标或者按钮就可以得到相应了，因为CPU时间片很短。

好了，以前的时候，应用程序分配的地址空间里面只有一个执行序列，现在有两个了，这需要区分一下。那这个地址空间就叫做进程吧，里面的执行序列就叫做线程吧。读者不要误会，这个不是段子，进程的概念和线程应该是同时出现的，因为没有线程，就不需要区分进程，直接叫地址空间就可以了。地址空间里面本身就有一个执行序列，否则应用程序就没有存在的意义了。所以，进程里面至少有一个线程，但是一个线程，就没必要单独区分了。

那为什么需要更多的线程呢，就是为了让用户体验更好。这个我们就不多说了，先问一个问题，多线程就一定快吗？

我们来说下串行、并行、并发的概念，然后再来回答这个问题。

严格意义上讲，并行和串行和一组概念，并发跟它们不是一个范畴的概念。串行是指，在一个时间点，只可能有一个任务序列正在被执行；并行则是在一个时间点，有至少两个任务序列正在被执行。其实，并行跟串行严格上讲，跟多不多线程没关系，它们只跟CPU的个数有关系，只要CPU核数只有一个，再多的线程也是站好成一队，一个一个执行；CPU核数大于1个的时候，那么线程的执行序列就可以拍成至少2对，那么就同一时刻，就有多于一个的线程正在被执行，这才是并行。

那来说并发，并发说的是一个时间段内，而非一个时刻。一个时间段内，有多个任务交替进行，是为并发。可以理解为，它强调的是CPU上线程（执行序列）的切换以及对一个线程中任务执行序列的一个中断(中断我们在这里不深究了，操作系统的核心机制)。

并行、串行说的是一个时间点的概念，并发说的是一个时间段的概念，所以不同。而且并发可以在并行和串行上转换，让我们看一下。在单核CPU上，有3个线程，每个线程需要3个时间片来完成（不考虑CPU上下文切换的时间，虽然这个时间还真不一定可以忽略不计），线程A执行上了CPU执行一个时间片后就下来了，然后第二个时间片线程C上去了，第二个时间片结束时，线程C下来，然后第三个时间片线程B上去了。现在三个时间片过去了，线程A、B、C都被执行了，但是都没执行完，但是都被响应了（联想一下吞吐量），这个过程是满足并发的，但是也满足串行（在一个时间点，真的就是只有一个线程在执行）。在多核CPU上，比如双核，还是三个线程，每个需要3个时间片来完成。第一个时间片，线程A上了CPU1，线程C上了CPU2，等第一个时间片结束，线程A继续在CPU1执行，但是线程C从CPU2上下来了，线程C上了CPU2。在这个时间段里面，有多个任务被执行响应，而且每个时刻，都真真正正有两个线程在执行，满足并发。

现在来回答多线程一定快吗？

这个需要分情况，情况依赖很多因素，不过我们只需要举出一个例子，证明不快就可以了。在单核CPU上，CPU因为调度多个线程执行需要不断的切换上下文。在一个时间片快结束时，CPU需要将当前执行的线程的状态（就是一个临时变量、PC等值）给记录下来，以备将来再次执行这个线程时，知道如何恢复此时的状态（也叫恢复现场）。所以，只要发生线程切换，势必就会有上下文切换，说白了，线程切换就是上下文切换，执行序列都在线程那里摆好了。上下文切换需要耗费时间，一次保存现场，一次恢复现场。所以，一个任务如果从头执行到尾，可能需要10个时间片，但中间经历了多次上下文切换，可以总的执行时间要变成12个时间片了。那为什么还要多线程呢，因为用户体验好。这样值得吗？值得，如果用户体验不好，没人用，又有什么意义？客户就是上帝，呵呵。

为什么需要多线程呢？

因为用户体验好，哈哈。