并发 并行 同步 异步 多线程

同步、异步、多线程

1、首先明确一点，对于单核CPU，任意一个时刻只有一个线程在运行。那么既然这样，多线程还有什么意义呢？ 举例来说，现在只有一个人，要做好几个任务。单线程就是，任务一个一个地做，必须做完一个任务后，再去做另一个任务。多线程就是一会做这个任务，一会做那个任务，每个任务做一会，不停的切换。显然，最后把所有的任务做完，多线程必定比单线程更耗费时间。为什么？因为，多线程要在不同的任务之间切换，切换肯定是要耗费时间的。那么问题来了，既然多线程比单线程更耗费时间，为什么还要多线程？ 单线程有一个致命的问题，就是一个线程运行的整个过程中，其他线程必须等待，不能响应用户的命令，用户体验太差，好像电脑死机一样。假如单线程，你能想象一下，用户在听歌的时候不能写文档，这种体验也太差了。多线程的时候，单核CPU一会做这个任务，一会做那个任务，切换的时间是毫秒级的，用户完全感觉不出来。从而给用户照成错觉，感觉这些任务并行的运行。

2、同步的使用场景：多个线程同时访问一块数据，也叫共享区。对于多个线程同时访问一块数据的时候，必须使用同步，否则可能会出现不安全的情况。比如数据库中的脏读。但是，多个线程同时访问一块数据，有一种情况不需要同步技术，那就是原子操作，也就是说操作系统在底层保证了操作要么全部做完，要么不做。

3、异步的使用场景：只有一个线程访问当前的数据。比如，观察者模式，没有共享区，主题发生变化，通知观察者更新，主题继续做自己的事情，不需要等待观察者更新完成后再工作。

进程同步用来实现程序并发执行时候的可再现性。

一．进程同步及异步的概念

1．进程同步：就是在发出一个功能调用时，在没有得到结果之前，该调用就不返回。也就是必须一件一件事做,等前一件做完了才能做下一件事.就像早上起床后,先洗涮,然后才能吃饭,不能在洗涮没有完成时,就开始吃饭.按照这个定义，其实绝大多数函数都是同步调用（例如sin,isdigit等）。但是一般而言，我们在说同步、异步的时候，特指那些需要其他部件协作或者需要一定时间完成的任务。最常见的例子就是

sendmessage。该函数发送一个消息给某个窗口，在对方处理完消息之前，这个函数不返回。当对方处理完毕以后，该函数才把消息处理函数所返回的lresult值返回给调用者。

2．异步

异步的概念和同步相对。当一个异步过程调用发出后，调用者不能立刻得到结果。实际处理这个调用的部件在完成后，通过状态、通知和回调来通知调用者。

以casycsocket类为例（注意，csocket从casyncsocket派生，但是其功能已经由异步转化为同步），当一个客户端通过调用connect函数发出一个连接请求后，调用者线程立刻可以朝下运行。当连接真正建立起来以后，socket底层会发送一个消息通知该对象。

这里提到执行部件和调用者通过三种途径返回结果：状态、通知和回调。可以使用哪一种依赖于执行部件的实现，除非执行部件提供多种选择，否则不受调用者控制。如果执行部件用状态来通知，那么调用者就需要每隔一定时间检查一次，效率就很低（有些初学多线程编程的人，总喜欢用一个循环去检查某个变量的值，这其实是一种很严重的错误）。如果是使用通知的方式，效率则很高，因为执行部件几乎不需要做额外的操作。至于回调函数，其实和通知没太多区别。

进程同步的基本概念

在计算机系统中，由于资源有限而导致了进程之间的资源竞争和共享，因此，进程的并发执行不仅仅是用户程序的执行开始时间的随机性和提高资源利用率的结果，也是资源有限性导致资源的竞争与共享对进程的执行过程进行制约所造成的。那么，在进程的并发执行过程中存在哪些制约呢？

二．同步与异步传输：

1.异步传输

通常，异步传输是以字符为传输单位，每个字符都要附加 1 位起始位和 1 位停止位，以标记一个字符的开始和结束，并以此实现数据传输同步。所谓异步传输是指字符与字符(一个字符结束到下一个字符开始)之间的时间间隔是可变的，并不需要严格地限制它们的时间关系。起始位对应于二进制值0，以低电平表示，占用 1 位宽度。停止位对应于二进制值 1，以高电平表示，占用 1~2 位宽度。一个字符占用 5~8位，具体取决于数据所采用的字符集。例如，电报码字符为 5 位、ASCII码字符为 7 位、汉字码则为8 位。此外，还要附加 1 位奇偶校验位，可以选择奇校验或偶校验方式对该字符实施简单的差错控制。发送端与接收端除了采用相同的数据格式(字符的位数、停止位的位数、有无校验位及校验方式等)外，还应当采用相同的传输速率。典型的速率有：9 600 b/s、19.2kb/s、56kb/s等。

异步传输又称为起止式异步通信方式，其优点是简单、可靠，适用于面向字符的、低速的异步通信场合。例如，计算机与Modem之间的通信就是采用这种方式。它的缺点是通信开销大，每传输一个字符都要额外附加2～3位，通信效率比较低。例如，在使用Modem上网时，普遍感觉速度很慢，除了传输速率低之外，与通信开销大、通信效率低也密切相关。

2. 同步传输

通常，同步传输是以数据块为传输单位。每个数据块的头部和尾部都要附加一个特殊的字符或比特序列，标记一个数据块的开始和结束，一般还要附加一个校验序列 (如16位或32位CRC校验码)，以便对数据块进行差错控制。所谓同步传输是指数据块与数据块之间的时间间隔是固定的，必须严格地规定它们的时间关系。

三．同步阻塞与异步阻塞：

同步是阻塞模式，异步是非阻塞模式。 

我的理解：同步是指两个线程的运行是相关的，其中一个线程要阻塞等待另外一个线程的运行。异步的意思是两个线程毫无相关，自己运行自己的。 

同步是指：发送方发出数据后，等接收方发回响应以后才发下一个数据包的通讯方式。 

异步是指：发送方发出数据后，不等接收方发回响应，接着发送下个数据包的通讯方式。 

举个不太恰当的例子,就像: 

SendMessage(...) 

TRACE0("just  like  send"); 

PostMessage(...) 

TRACE0("just  like  WSASend  using  overlapped"); 

 SendMessage是调用的时候不返回,等消息响应后才执行TRACE0,这就是同步. 

PostMessage是调用后马上返回,不用消息响应就执行TRACE0,这就是异步.

四．其它解释：

 同步和异步的区别

 举个例子：普通B/S模式（同步）AJAX技术（异步）

同步：提交请求->等待服务器处理->处理完毕返回 这个期间客户端浏览器不能干任何事

异步: 请求通过事件触发->服务器处理（这是浏览器仍然可以作其他事情）->处理完毕

同步就是你叫我去吃饭，我听到了就和你去吃饭；如果没有听到，你就不停的叫，直到我告诉你听到了，才一起去吃饭。

异步就是你叫我，然后自己去吃饭，我得到消息后可能立即走，也可能等到下班才去吃饭。

所以，要我请你吃饭就用同步的方法，要请我吃饭就用异步的方法，这样你可以省钱。

举个例子 打电话时同步 发消息是异步

1. 并发：在中，是指一个时间段中有几个程序都处于已启动运行到运行完毕之间，且这几个程序都是在同一个上运行。其中两种并发关系分别是同步和互斥
2. 互斥：进程间相互排斥的使用临界资源的现象，就叫互斥。
3. 同步：进程之间的关系不是相互排斥临界资源的关系，而是相互依赖的关系。进一步的说明：就是前一个进程的输出作为后一个进程的输入，当第一个进程没有输出时第二个进程必须等待。具有同步关系的一组并发进程相互发送的信息称为消息或事件。
其中并发又有伪并发和真并发，伪并发是指单核处理器的并发，真并发是指多核处理器的并发。
4. 并行：在单处理器中多道程序设计系统中，进程被交替执行，表现出一种并发的外部特种；在多处理器系统中，进程不仅可以交替执行，而且可以重叠执行。在多处理器上的程序才可实现并行处理。从而可知，并行是针对多处理器而言的。并行是同时发生的多个并发事件，具有并发的含义，但并发不一定并行，也亦是说并发事件之间不一定要同一时刻发生。

5. 多线程：多线程是程序设计的逻辑层概念，它是进程中并发运行的一段代码。多线程可以实现线程间的切换执行。

6. 异步：异步和同步是相对的，同步就是顺序执行，执行完一个再执行下一个，需要等待、协调运行。异步就是彼此独立,在等待某事件的过程中继续做自己的事，不需要等待这一事件完成后再工作。线程就是实现异步的一个方式。异步是让调用方法的主线程不需要同步等待另一线程的完成，从而可以让主线程干其它的事情。
   异步和多线程并不是一个同等关系,异步是最终目的,多线程只是我们实现异步的一种手段。异步是当一个调用请求发送给被调用者,而调用者不用等待其结果的返回而可以做其它的事情。实现异步可以采用多线程技术或则交给另外的进程来处理。

为了对以上概念的更好理解举一个简单例子，  假设我要做 烧开水，举杠铃100下， 洗衣服 3件事情。

烧开水 这件事情，  我要做的事情为， 准备烧开水 1分钟， 等开水烧开 8 分钟 , 关掉烧水机 1分钟
举杠铃100下        我要做的事情为,  举杠铃100下  10分钟
洗衣服            我要做的事情为， 准备洗衣服 1分钟， 等开水烧开 5 分钟 , 关掉洗衣机 1分钟

单核情况下
同步的完成，我需要做的时间为 1+ 8 +1 + 10 + 1+ 5 +1 = 27 分

如果异步，就是在等的时候，我可以切换去做别的事情

准备烧开水(1) + 准备洗衣服(1) + 举50下杠铃 (5)分钟+ 关洗衣机 1分钟 + 举杠铃20下 (2)分钟+ 关烧水机 1分钟 + 举30下杠铃(3)分钟
1+1+5+1+2+1+3 =14 分钟

双核 异步 并行

核1  准备烧开水 1分钟+ 举杠铃50下(5)分钟+ 等待3分钟 + 关掉烧水机 1分钟

核2  准备洗衣服 1分钟+ 举杠铃50下(5)分钟+ 关掉洗衣机 1分钟 + 等待3分钟

其实只花了 1+5+3+1 = 10分钟

其中还有双核都等待了3分钟

双核 异步 非并行

核1  举杠铃100下(10)分钟

核2  准备烧开水 1分钟+ 准备洗衣服 1分钟+ 等待5 分钟+ + 关掉烧水机 1分钟  + 等待 1 分钟 + 关掉洗衣机 1分钟

其实只花了 1+5+3+1 = 10分钟

多线程的做法
单核下

线程1  准备烧开水 1分钟， 等开水烧开 8 分钟 , 关掉烧水机 1分钟
线程2  举杠铃100下  10分钟
线程3  准备洗衣服 1分钟， 等开水烧开 5 分钟 , 关掉洗衣机 1分钟

cpu 可能这么切换 最理想的切换方式

线程1  准备烧开水1  sleep  1          sleep 5            sleep 1          sleep 2          关开水 1分钟 exit
线程2    sleep 1      sleep  1            举杠铃50 5分钟    sleep 1          举杠铃20 2分钟  sleep1      举杠铃30下 3分钟      
线程3    sleep  1      准备洗衣服1 分钟    sleep 5            关洗衣机1分钟    exit

最后使用了  14分钟  和异步是一样的。
但是实际上是不一样的，因为线程不会按照我们设想的去跑， 如果线程2 举杠铃先跑，整个流程的速度就下来了。

异步和同步的区别，  在io等待的时候，同步不会切走，浪费了时间。

如果都是独占cpu 的业务， 比如举杠铃的业务， 在单核情况下 多线和单线 没有区别。

多线程的好处，比较容易的实现了 异步切换的思想， 因为异步的程序很难写的。多线程本身程还是以同步完成，但是应该说
比效率是比不上异步的。 而且多线很容易写， 相对效率也高。

多核的好处，就是可以同时做事情， 这个和单核完全不一样的。

参考：http://blog.csdn.net/cqkxboy168/article/details/9026205/
http://www.cnblogs.com/nzbbody/archive/2012/09/06/2673127.html
http://blog.chinaunix.net/uid-21411227-id-1826898.html