异步和多线程

经过浏览别人文章,感觉有点理解了。如下:

首先说明:异步和多线程两者都可以达到避免调用线程阻塞的目的,从而提高软件的可响应性

一、异步

举个典型例子,在node.js中,经常会有异步回调,比如读取文件,代码如下

var fs = require("fs");
// 异步读取
fs.readFile('input.txt', function (err, data) {
   if (err) {
       return console.error(err);
   }
   console.log("异步读取: " + data.toString());
});

// 同步读取
var data = fs.readFileSync('input.txt');
console.log("同步读取: " + data.toString());

console.log("程序执行完毕。");

其中异步回调,在执行完方法后接着就走打印,最后读取完结果,执行回调函数,走里面的打印。不会阻塞程序。
同步回调,打印顺序就是代码的书写顺序。读取文件属于耗时操作,会阻塞程序,直到读取完毕,才执行下面的代码。

为什么异步回调会出现这种情况?这要从异步的本质说起。

所有的程序最终都会由计算机硬件来执行,所以为了更好的理解异步操作的本质,我们有必要了解一下它的硬件基础。 熟悉电脑硬件的朋友肯定对DMA这个词不陌生,硬盘、光驱的技术规格中都有明确DMA的模式指标,其实网卡、声卡、显卡也是有DMA功能的。DMA就是直 接内存访问的意思,也就是说,拥有DMA功能的硬件在和内存进行数据交换的时候可以不消耗CPU资源。只要CPU在发起数据传输时发送一个指令,硬件就开 始自己和内存交换数据,在传输完成之后硬件会触发一个中断来通知操作完成。这些无须消耗CPU时间的I/O操作正是异步操作的硬件基础。所以即使在DOS 这样的单进程(而且无线程概念)系统中也同样可以发起异步的DMA操作。

所以说异步是由计算机硬件决定的。实现了避免线程阻塞的目的。

二、多线程

先看线程的本质:

线程不是一个计算机硬件的功能,而是操作系统提供的一种逻辑功能,线程本质上是进程中一段并发运行的代码,所以线程需要操作系统投入CPU资源来运行和调度。

上面的一段话提到了并发的概念。下面简单说明一下。

2.1 并发&并行
并发和并行.png

并发:

多个任务同时开始启动,但是在一个时间点上,只能处理一个任务,所以造成了任务抢占处理器资源的情况。遇到耗时任务,就处理另外一个,等不耗时的处理完,再去处理耗时任务。

举个栗子:<单核CPU>

并发就像跑步比赛一样,多个任务一起启动,同时去抢占跑道,抢占CPU资源。有一个选手抢占了跑道(CPU),别的人只能等着,等这个跑完,下面的人才能重新去抢占。如果有人跑着跑着没劲了,速度变慢了(耗时任务),这时候他就先走下跑道,让后面的重新抢占跑道,省的占着茅坑不拉屎,最后别人都跑完了,这个耗时最后重新开始跑。就按这个规则处理,最后所有人都跑完了。

并行

还是多个任务同时启动,不同的是,并行情况下有多个CPU核心去处理,并且可以切换核心,充分利用CPU资源。

还是这个栗子:<多核CPU>

比如2个跑道,多个选手抢占这2个跑道,遇到耗时任务,下跑道,等着去抢占跑道,也许下次抢到了,有可能不是上次的跑道。规则还是和并发的规则一样。就这样。

可以看到:

1、单核CPU和多核CPU都可以并发;
2、并行必须多核CPU,并行基于并发和多核;
3、多线程可以实现并发和并行,多线程是手段,并发并行是目的;
4、单核CPU也可以实现多线程;
5、单核、多核和但线程、多线程没关系,多核并行只是提高了多线程的效率。

2.2 多线程

上面的并发&并行中已经提到了多线程。多线程是为了实现并发。

重点:多线程是手段,并发是目的。

三、异步和多线程对比

异步操作的优缺点

因为异步操作无须额外的线程负担,并且使用回调的方式进行处理,在设计良好的情况下,处理函数可以不必使用共享变量(即使无法完全不用,最起码可以减少 共享变量的数量),减少了死锁的可能。当然异步操作也并非完美无暇。编写异步操作的复杂程度较高,程序主要使用回调方式进行处理,与普通人的思维方式有些出入,而且难以调试。
多线程的优缺点
 多线程的优点很明显,在单个线程中的处理程序依然是顺序执行,符合普通人的思维习惯,所以编程简单。但是多线程的缺点也同样明显,线程的使用(滥用)会给系统带来上下文切换的额外负担。并且线程间的共享变量可能造成死锁的出现。

适用范围

需要执行I/O操作时,使用异步操作更合适。I/O操作不仅包括了直接的文件、网络的读写,还包括数据库操作、Web Service、HttpRequest以及.net Remoting等跨进程的调用。
而线程的适用范围则是那种需要长时间CPU运算的场合,例如耗时较长的图形处理和算法执行。但是往往由于使用线程编程的简单和符合习惯,所以很多朋友往往会使用线程来执行耗时较长的I/O操作,这样在只有少数几个并发操作的时候还无伤大雅,如果需要处理大量的并发操作时就不合适了。

参考链接:参考一参考二 <没看懂,哈哈>

挠头.gif

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