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并发和线程
并发
基本概念
- 并发和并行的区别
- 并行(parallel):同时做某些事，可以互不干扰的同一个时刻做几件事
- **并发(**concurrency):也是同时做某些事情，但是强调，一个时段内要处理多少事情。
举例：
高速公路的车道，双向4车道，所有车辆（数据）可以互不干扰的在自己的车道上奔跑（传输）。
在同一个时刻，每条车道上可能同时有车辆在跑，是同时发生的概念，这是并行。
在一段时间内，有这么多车要通过，这是并发。
并发的解决
“食堂打饭模型”
中午12点，开饭啦，大家都涌向食堂，这就是并发。如果人很多，就是高并发。
- 队列、缓冲区
- 假设只有一个窗口，陆续涌入食堂的人，排队打菜是比较好的方式。所以，排队（队列）是一种天然解决并发的办法。排队就是把人排成队列，先进先出，解决了资源使用的问题。排成的队列，其实就是一个缓冲地带，就是缓冲区。假设女生优先，每次都从这个队伍中优先选出女生出来先打饭，这就是优先队列。
- 例如queue模块的类Queue、LifoQueue、PriorityQueue（小顶堆实现）。
- 争抢
- 只开一个窗口，有可能没有秩序，也就是谁挤进去就给谁打饭。挤到窗口的人占据窗口，直到打到饭菜离开。其他人继续争抢，会有一个人占据着窗口，可以视为锁定窗口，窗口就不能为其他人提供服务了。这是一种锁机制。谁抢到资源就上锁，排他性的锁，其他人只能等候。
- 争抢也是一种高并发解决方案，但是，这样可能不好，因为有可能有人很长时间抢不到
- 预处理
- 如果排长队的原因，是由于每个人打菜等候时间长，因为要吃的菜没有，需要现做，没打着饭不走开，锁定着窗口。食堂可以提前统计大多数人爱吃的菜品，将爱吃的80%的热门菜，提前做好，保证供应，20%的冷门菜，现做。这样大多数人，就算锁定窗口，也很快打到饭菜走了，快速释放窗口。
- 一种提前加载用户需要的数据的思路，预处理思想，缓存常用。
- 并行
- 成百上千人同时来吃饭，一个队伍搞不定的，多开打饭窗口形成多个队列，如同开多个车道一样，并行打菜。开窗口就得扩大食堂，得多雇人在每一个窗口提供服务，造成 成本上升。
- 日常可以通过购买更多服务器，或多开进程、线程实现并行处理，来解决并发问题。
- 注意这些都是水平扩展思想。
- 注：如果线程在单CPU上处理，就不是真并行了。但是多数服务器都是多CPU的，服务的部署往往是多机的、分布式的，这都是并行处理。
- 提速
- 提高单个窗口的打饭速度，也是解决并发的方式。
- 打饭人员提高工作技能，或为单个窗口配备更多的服务人员，都是提速的办法。
- 提高单个CPU性能，或单个服务器安装更多的CPU。
- 这是一种垂直扩展思想。
- 消息中间件
- 上地、西二旗地铁站外的九曲回肠的走廊，缓冲人流，进去之后再多口安检进站。
- 常见的消息中间件有RabbitMQ、ActiveMQ（Apache）、RocketMQ（阿里Apache）、kafka（Apache）等。
- 当然还有其他手段解决并发问题，但是已经列举除了常用的解决方案，一般来说不同的并发场景用不同的策略， 而策略可能是多种方式的优化组合。
- 例如多开食堂（多地），也可以把食堂建设到宿舍生活区（就近），所以说，技术来源于生活。
进程和线程
在实现了线程的操作系统中，线程是操作系统能够进行运算调度的小单位。它被包含在进程之中，是进程中的实 际运作单位。一个程序的执行实例就是一个进程。
进程（Process）是计算机中的程序关于某数据集合上的一次运行活动，是系统进行资源分配和调度的基本单位， 是操作系统结构的基础。
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进程和程序的关系
- 程序是源代码编译后的文件，而这些文件存放在磁盘上。当程序被操作系统加载到内存中，就是进程，进程中存放 着指令和数据（资源），它也是线程的容器。
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Linux进程有父进程、子进程，Windows的进程是平等关系。
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线程，有时被称为轻量级进程(Lightweight Process，LWP），是程序执行流的小单元。
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一个标准的线程由线程ID，当前指令指针(PC）、寄存器集合和堆栈组成。
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在许多系统中，创建一个线程比创建一个进程快10-100倍。
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进程、线程的理解
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- 现代操作系统提出进程的概念，每一个进程都认为自己独占所有的计算机硬件资源。
- 进程就是独立的王国，进程间不可以随便的共享数据。
- 线程就是省份，同一个进程内的线程可以共享进程的资源，每一个线程拥有自己独立的堆栈。
线程的状态
| 状态 | 含义 |
|---|---|
| 就绪(Ready) | 线程能够运行，但在等待被调度。可能线程刚刚创建启动，或刚刚从阻塞中恢复，或者被 其他线程抢占 |
| 运行(Running) | 线程正在运行 |
| 阻塞(Blocked) | 线程等待外部事件发生而无法运行，如I/O操作 |
| 终止(Terminated) | 线程完成，或退出，或被取消 |
