《并发的艺术》读书笔记(1)

概述

本文主要介绍和并发相关的基本概念以帮助理解并发。首先说明什么是并发（与并行对比），随后从图灵机角度理解并发在计算机中的表现。再然后介绍多线程如何承载并发，并且举了一个例子帮助理解多线程。最后简单说明并发的难点。

并发与并行

如果某个系统支持两个或者多个动作（Action）同时存在，那么这个系统就是一个并发系统。
如果某个系统支持两个或者多个动作（Action）同时执行，那么这个系统就是一个并行系统。

“并行”概念是“并发”概念的子集。

并发 与 图灵机

通过图灵机理解并发。图灵机就是依靠对状态的记录和改变来进行运算的。图灵机里的纸带和状态寄存器用来记录状态，而读写头用来访问和改变状态。想象一下一个并行的图灵机（多个有独立状态寄存器和不同速度的读写头加上一条共享的纸带）就不难理解在这个模型下并发带来的复杂度。

参考：对于卡内基梅隆大学计算机系删除基础课程中的面向对象编程课程，如何理解他们提到的「面向对象编程既是反模块化的又是反并行的」？ - 知乎

并发的载体 - 线程

线程基本介绍

并发的本质决定了，其是不同的动作中的代码在交替执行。假如说同一程序中有2段代码，需要并发执行，那么操作系统应该如何处理呢？更确切的说是，操作系统如何管理，能够使得两段代码对于CPU以及其他资源进行合理的使用？

抽象为线程。线程是操作系统为方便管理不同的并发代码抽象出来的概念。在一个程序中（进程）的2段代码需要并发（交替使用CPU）执行，操作系统应该如何抽象，表示这两段代码相关的内容呢？ 正如进程是运行时的程序（代码）一样。线程可以看做是细粒度的进程，也就是说线程也是运行时的程序，只不过线程依赖于其所在的进程。通过线程来控制一个程序中两个不同的处理流程（两段代码）。（想了解更多线程方面的理论知识，可以先理解操作系统中的进程）

PS: 可能这两个流程会有一些公共的资源，这在后面互斥访问时会进行相应的介绍。

举例理解多线程

接下来举一个生活中的例子，帮助理解多线程。假如说你这个人是一个程序（运行时的进程），今天你需要完成两个任务：（1）在操场上跑20公里；（2）做20道数学题。这两个任务你可以一个一个执行，也可以交替执行（类似于（1）（2）（1）…）。并发类似于后面一种情况，即交替执行。因为在现实生活中你不太可能一下跑20公里，否则效率可能比较低，交替执行能够充分利用你的体力以及精力。于是，当中午的时候，你可能在操场上跑了10公里，做数学题做了7道。这里，跑步以及做数学题可以看做两个线程，可以交替占用你的时间与精力，并且两个线程各自记录着你任务的完成状态。

另外，发现一篇关于java多线程的文章，较为通俗，如下：
Java中的多线程你只要看这一篇就够了

并发难吗？

并发相对串行程序而言还是比较难的。
在串行程序中，代码的执行路径是可预测的。只要通过某种有条不紊有逻辑的方法，总是可以找到其中的逻辑错误和其他的bug。
在并发算法和多线程编程中，你需要考虑同时又多个执行流程的情况，以及如何对这些执行流程进行协调以完成指定的计算任务。新问题是由于不确定性和异步性直接导致的。

参考

《并发的艺术》读书笔记(1)