深刻理解并发/并行，阻塞/非阻塞，同步/异步

1. 阻塞，非阻塞

首先，阻塞这个词来自操做系统的线程/进程的状态模型中，以下图：

一个线程/进程经历的5个状态，建立，就绪，运行，阻塞，终止。各个状态的转换条件如上图，其中有个阻塞状态，就是说当线程中调用某个函数，须要IO请求，或者暂时得不到竞争资源的，操做系统会把该线程阻塞起来，避免浪费CPU资源，等到获得了资源，再变成就绪状态，等待CPU调度运行。

阻塞调用是指调用结果返回以前，调用者会进入阻塞状态等待。只有在获得结果以后才会返回。

非阻塞调用是指在不能马上获得结果以前，该函数不会阻塞当前线程，而会马上返回。

阻塞调用：好比 socket 的 recv()，调用这个函数的线程若是没有数据返回，它会一直阻塞着，也就是 recv() 后面的代码都不会执行了，程序就停在 recv() 这里等待，因此通常把 recv() 放在单独的线程里调用。

非阻塞调用：好比非阻塞socket 的 send()，调用这个函数，它只是把待发送的数据复制到TCP输出缓冲区中，就马上返回了，线程并不会阻塞，数据有没有发出去 send() 是不知道的，不会等待它发出去才返回的。

拓展：死锁

若是线程始终阻塞着，永远得不到资源，因而就发生了死锁。

好比A线程要X，Y资源才能继续运行，B线程也要X，Y资源才能运行，但X，Y同时只能给一个线程用（即互斥条件）用的时候其余线程又不能抢夺。

A 有 X，等待 Y。 B 有 Y，等待 X。

因而A，B发生了循环等待，形成死锁。给用户的感受就是程序卡着不动了。

在写代码的时候要特别注意共享资源的使用，用信号量控制好，避免形成死锁。死锁的解除有个著名的银行家算法

阻塞和挂起：阻塞是被动的，好比抢不到资源。挂起是主动的，线程本身调用 suspend() 把本身退出运行态了，某些时候调用 resume() 又恢复运行。

线程执行完就会被销毁，若是不想线程被频繁的建立，销毁，怎么办？能够给线程里面写个死循环，或者让线程有任务的时候执行，没任务的时候挂起，就像iOS中的 runloop 机制同样。线程就不会随便的终止了。

2. 同步，异步

同步：在发出一个同步调用时，在没有获得结果以前，该调用就不返回。

异步：在发出一个异步调用后，调用者不会马上获得结果，该调用就返回了。

同步例子

int n = func();
next();
// func() 的结果没有返回，next() 就不会执行，直到 func() 运行完。

异步例子

func(callback);
next();
...

void callback(int n)     // func 结果回调
{
  int k = n;
}
// func() 执行后，还没得出结果就当即返回，而后执行 next() 了
// 等到结果出来，func() 回调 callback() 通知调用者结果。

同步的定义看起来跟阻塞很像，可是同步跟阻塞是两个概念，同步调用的时候，线程不必定阻塞，调用虽然没返回，但它仍是在运行状态中的，CPU极可能还在执行这段代码，而阻塞的话，它就确定不在CPU中跑这个代码了。这就是同步和阻塞的区别。同步是确定能够在，阻塞是确定不在。

异步和非阻塞的定义比较像，二者的区别是异步是说调用的时候结果不会立刻返回，线程可能被阻塞起来，也可能不阻塞，二者不要紧。非阻塞是说调用的时候，线程确定不会进入阻塞状态。

同步阻塞调用：得不到结果不返回，线程进入阻塞态等待。

同步非阻塞调用：得不到结果不返回，线程不阻塞一直在CPU运行。

异步阻塞调用：去到别的线程，让别的线程阻塞起来等待结果，本身不阻塞。

异步非阻塞调用：去到别的线程，别的线程一直在运行，直到得出结果。

3. 并发，并行

并发是指一个时间段内，有几个程序都在同一个CPU上运行，但任意一个时刻点上只有一个程序在处理机上运行。

并行是指一个时间段内，有几个程序都在几个CPU上运行，任意一个时刻点上，有多个程序在同时运行，而且多道程序之间互不干扰。 二者区别以下图

并行是多个程序在多个CPU上同时运行，任意一个时刻能够有不少个程序同时运行，互不干扰。

并发是多个程序在一个CPU上运行，CPU在多个程序之间快速切换，微观上不是同时运行，任意一个时刻只有一个程序在运行，但宏观上看起来就像多个程序同时运行同样，由于CPU切换速度很是快，时间片是64ms（每64ms切换一次，不一样的操做系统有不一样的时间），人类的反应速度是100ms，你还没反应过来，CPU已经切换了好几个程序了。

举个例子吧，并行就是，多我的，有人在扫地，有人在作饭，有人在洗衣服，扫地，作饭，洗衣服都是同时进行的。 并发就是，有一我的，这我的一下子扫地，一下子作饭，一下子洗衣服，他在这3件事中来回作，同一时刻只作一件事，不是同时作的，但最后3件事均可以作完。

时间片大小的选取 时间片取的小，假设是20ms，切换耗时假设是 10ms。 那么用户感受不到多个程序之间会卡，响应很快，由于切换太快了，可是CPU的利用率就低了，20 / (20 + 10) = 66% 只有这么多，33%都浪费了。

时间片取的大，假设是200ms，切换耗时是 10ms 那么用户会以为程序卡，响应慢，由于要200ms后才轮到个人程序运行，可是CPU利用率就高了，200 / (200 + 10) = 95% 有这么多被利用的。

因此时间片取太大或者过小都很差，通常在 10 - 100 ms 之间。

CPU调度策略

在并发运行中，CPU须要在多个程序之间来回切换，那么如何切换就有一些策略

3.1 先来先服务 - 时间片轮转调度

这个很简单，就是谁先来，就给谁分配时间片运行，缺点是有些紧急的任务要好久才能获得运行。

3.2 优先级调度

每一个线程有一个优先级，CPU每次去拿优先级高的运行，优先级低的等等，为了不等过久，每等必定时间，就给线程提升一个优先级

3.3 最短做业优先

把线程任务量排序，每次拿处理时间短的线程运行，就像我去银行办业务同样，个人事情很快就处理完了，因此让我插队先办完，后面时间长的人先等等，时间长的人就很可贵到响应了。

3.4 最高响应比优先

用线程的等待时间除以服务时间，获得响应比，响应比小的优先运行。这样不会形成某些任务一直得不到响应。

3.5 多级反馈队列调度

有多个优先级不一样的队列，每一个队列里面有多个等待线程。 CPU每次从优先级高的遍历到低的，取队首的线程运行，运行完了放回队尾，优先级越高，时间片越短，即响应越快，时间片就不是固定的了。 队列内部仍是用先来先服务的策略。