在向高阶程序员进阶时，多线程开发是比不可少的过程，而多线程开发也是程序开发中的比较复杂的一块，下面就简单介绍一些多线程开发的概念。
为什么需要并行
- 业务要求
在一些开发中我没也许需要去执行两个模块，但是两个模块之间有互相的调度，那么这时候如果使用同步线程去写的话就会变的异常的复制，程序员不仅仅需要去写业务方面的逻辑，而且还需要注意模块与模块之间的调度问题，所以此时如果我们选择使用异步线程去处理的话，模块之间的调度问题可以直接交给操作系统去处理，而程序员只需要去关注业务方面的东西。 - 性能
多线程程序在多核cup上面性能一般是比单线程程序性能要好。尤其是在计算密集型程序中是得到广泛的应用。比如图形处理，数据挖掘等等。 - 摩尔定律失效
摩尔定律：预计每18个月，单核cpu性能将会提高一倍。
2004年，Intel宣布取消4GHz计划。
虽然现在已经出现了主频为4GHz的cpu，但是在更新换代方面已经 远远的落后于摩尔定律。单核cpu的发展已经出现了瓶颈。此时多核cpu就诞生了，由于多核cpu的出现，并发也应运而生。顶级计算机科学家唐纳德·尔文·克努斯也说过“在我看来，并发这种现象或多或少是由于硬件设计者已经无计可施，他们将摩尔定律失效的责任推脱给了软件开发者。”
同步（synchronous）和异步（asynchronous）
同步异步一般是说方法调用，同步执行方法，只有当方法执行 结束之后才进行返回，而异步执行方法，一般是瞬间返回，但是在后台另外启一条线程去执行这个异步方法。
下图中，横向箭头即表示单线程，也表示一个时间轴，同步方法执行必须要等到方法执行结束，而异步方法则瞬间返回。
并发（concurrency）和并行（parallelism）
许多人认为并发和并行是一样的，然而并不一样，虽然他们的表现方式都一样，都是多个方法一起执行。
并行：并行表示多个方法同时执行。
并发：并发表示在同一时间内只执行一个方法，但是多个方法之间是交替进行的，这个由操作系统进行调度。
如下图：
对于单cpu来说是不会出现并行的程序，只能是并发，而多核cpu来说并行每个进程去执行一个方法。
临界区
对于并发程序来说，临界区表示一种公共的资源或者是共享数据，可以被多个线程所使用，但是每一次只能有一个线程去使用它，一旦被占用则其他线程都必须等待。
阻塞（blocking）和非阻塞（Non-Blocking）
阻塞与非阻塞通常是用来说线程之间的相互的影响。
阻塞：如果一个线程占用了临界区，那么其他线程如果需要获取这个资源则必须在临界区中进行等待，等待就使得这个线程被挂起，这就是阻塞。但是如果占用临界区的资源的线程一直不释放资源，则其他需要获取资源的线程都将不能继续工作。
非阻塞：非阻塞跟上述阻塞恰恰相反，它允许多个线程同时进入临界区，但是需要保证不能破坏临界区。
死锁（deadlock）、饥饿（starvation）和活锁（livelock）
对于阻塞有来说，有可能是死锁，饥饿或者活锁造成。
死锁：如果有3个方法a，b，c，有三个资源A，B，C，现在a方法占用了A资源，但是继续执行需要获取B资源，b方法占用了B资源，继续执行需要获取C资源，c方法占用了C资源，继续执行需要获取A资源，这样就会导致3个方法都没有办法继续执行，就会导致死锁，如果想要执行下去，就要先释放某个资源，比如不要c方法，将C资源释放，则b方法就会继续执行，b方法执行结束，释放了B资源，则a方法才可以继续执行下去。虽然死锁不是一个好现象，但是它属于一个静态问题，比较好找到原因。
活锁：与死锁相对应。死锁是谁都想获取资源，活锁则恰恰相反，活锁是希望对方先获取资源，有方法a，b，资源A，B，a方法获取了A资源，执行时需要获取资源B，但是发现B字眼被b方法所占用于是就释放了A资源，而b方法则是占用了资源B，执行时发现资源A被占用，则释放了资源B，当资源都释放之后又再次去占用，反复如此则没法继续工作。如果想要继续执行，就要先让其中某个线程不进行资源释放，这样就不会出现阻塞了。活锁的话如果出现则比较难查找原因，因为它属于一个动态的死锁。
饥饿：饥饿表示，如果一个线程的优先级比较低，与其他几个获取同一资源的线程去竞争资源时，资源总是被分配给优先级比较高的线程，则优先级比较低的线程就一直获取不到资源而被饿死。或者是，某个线程在做某个原子操作时总是失败，也会导致线程饿死。
并行级别
并发分为4个级别，其中只有阻塞级别是阻塞类型的，其他三个级别无障碍，无锁，无等待都是非阻塞类型的。
阻塞：当一个线程进入临界区后，其他线程必须等待。属于一种悲观状态，就是说，如果由多个线程去修改资源，肯定会把数据破坏，所以每次只能由一个线程去修改资源。
无障碍：无障碍属于一种最弱的非阻塞调度，自由出入临界区。它属于一种比较乐观的状态，如果由多个线程去修改资源，未必会将数据破坏，当无竞争时正常执行，但是如果有数据竞争时则会回滚按户籍，重新进行操作。
无锁：无锁也是无障碍的，前面无障碍的程序有可能多个线程之间竞争数据时互相影响，则会导致所有线程都需要重试，最后导致所有线程都无法继续执行下去，而无锁则会保证一定会有一个线程竞争胜利，这样就会让整个程序继续执行。
无等待：无等待也是无锁的，它要求所有线程都必须在有限步内完成，所有它也是无饥饿的。无等待的程序就属于并发程序中最高的级别，他可以保证程序流畅就执行下去。比如所有线程都是读，而没有写，这样就不会导致资源被破坏，所有都可以在有限步内完成。
并行的2个定律
下面说两个与并行程序相关的2个定律
- Amdahl定律（阿姆达尔定律）
Amdahl定律定义了串行系统转换成并行系统加速比和理论的上限。
加速比定义：加速吧=优化前系统耗时/优化后系统耗时
我们看下面例子：
- 如果一个程序执行需要5个步骤，其中每个步骤耗时为100，这样这个程序执行结束耗时为500.我们优化之后将其中两个步骤使用2个进程去跑其中每个步骤为50，这时耗时为400.
这时的 加速比=优化前系统耗时/优化后系统耗时=500/400=1.25
Amdahl定律有一个公式:
公式中各个字母的含义
- n 表示cpu的个数，上面例子中n = 2
- F 表示串行的比例，上面例子中F = 0.6
- 1-F 表示并行的比例，上面例子中 1-F = 0.4
- T1 表示单个cpu执行时的的耗时
- Tn 表示n个cpu执行时的耗时
将上面公式进行带入。
化简得：
最后得到一个结论，增加CPU处理器个数，并不一定可以起到提高系统内并行化模块的比重，合理的增加并行处理数量，才能以最小的投入，得到最大的加速比。
- Gustafsson定律（古斯塔夫森定律）
说明处理器个数，串行比例和加速比之间的关系。
优化之后的执行时间:
优化之前的执行时间:
加速比:
串行比例:
加速比:
- a 表示串行时间
- b 表示并行时间
- n 表示cpu个数
上述公式说明，只要程序足够并行化，那么加速比和CPU个数成正比，也就是说程序足够并行化，CPU数量越多，加速比越高。
综合上述2个公式所得，程序的加速比和串行化比例和CPU个数相关。
-------------------- END ---------------------
最后附上作者的微信公众号地址和博客地址
公众号：wuyouxin_gzh
