第1章   介紹

    編寫正確的程序難，編寫正確的并發(fā)程序更難。與串行程序相比，在并發(fā)程序中有更多容易出錯的東西。那么，為什么我們要關(guān)心并發(fā)呢？線程是Java語言的一個不可忽視的特性，使用線程可以將復(fù)雜的異步代碼調(diào)整為簡單直線式代碼，從而簡化復(fù)雜系統(tǒng)的開發(fā)。此外，線程是開發(fā)利用多處理器系統(tǒng)計(jì)算能力最容易的方式。隨著處理器數(shù)量的增加，有效地利用并發(fā)將變得越來越重要。

1.1     并發(fā)的（非常）簡短歷史

在過去，計(jì)算機(jī)沒有操作系統(tǒng)；計(jì)算機(jī)從開始到結(jié)束僅執(zhí)行一個單一程序，此程序直接訪問機(jī)器的所有資源。如此情況，不但編寫運(yùn)行于裸機(jī)上的程序是困難的，而且某一時刻僅運(yùn)行一個單一程序也是對昂貴而稀缺的計(jì)算機(jī)資源的低效使用。

操作系統(tǒng)發(fā)展到允許多個程序同時運(yùn)行，每個進(jìn)程中運(yùn)行一個獨(dú)立的程序：程序是隔離的，獨(dú)立執(zhí)行的，操作系統(tǒng)為程序分配像內(nèi)存、文件句柄和安全證書這樣的資源。如果進(jìn)程需要與另一個進(jìn)程通信，可以通過各種粗粒度的通信機(jī)制：套接字（socket）、信號處理器（signal handlers）、共享內(nèi)存（shared memory）、信號量(semaphores)和文件(files)。

多種促進(jìn)因素推動操作系統(tǒng)允許多個程序同時執(zhí)行：

資源利用。程序有時候必須等待像輸入或輸出這樣的外部操作，而等待期間又不能做一些有用的工作。利用這段等待時間讓另外一個程序運(yùn)行顯得更有效。

公平。多個用戶和應(yīng)用程序可能對機(jī)器資源有平等的要求。讓多個程序通過細(xì)粒度的時間片共享計(jì)算機(jī)比讓一個程序運(yùn)行完再啟動另一個程序更可取。

便利。編寫多個程序，每個程序執(zhí)行一個單一任務(wù)，在必要的時候讓它們互相協(xié)調(diào)，這要比編寫一個執(zhí)行所有任務(wù)的單一程序更容易，更令人滿意。

在早期的分時系統(tǒng)中，每個進(jìn)程就是一個虛擬的馮諾依曼計(jì)算機(jī)；進(jìn)程有一個存儲指令和數(shù)據(jù)的內(nèi)存空間，根據(jù)機(jī)器語言的語義順序執(zhí)行指令，通過操作系統(tǒng)的一組I/O原語與外界交互。對于每條執(zhí)行的執(zhí)令都有一個對“下一條指令”清晰的定義，并根據(jù)指令集的規(guī)則控制程序流程。今天幾乎所有廣泛使用的編程語言都遵循串行編程模型，在其語義規(guī)范中明確定義了在一個特定動作執(zhí)行之后“下一個動作是什么”。

串行編程模型既直觀又自然，因?yàn)樗７铝巳祟惖墓ぷ鞣绞剑?/span>一次只做一件事，大多數(shù)時候是按順序去做的。起床，穿上睡衣，下樓，開始準(zhǔn)備茶點(diǎn)。就像在編程語言中一樣，這些現(xiàn)實(shí)世界中的每個動作都是一個細(xì)粒度動作序列的抽象----打開櫥柜，選一款茶葉，取適量放入茶壺，看水壺中是否有足夠的水，如果沒有則在水壺中加一些水，把水壺放到爐子上，打開爐子，等水燒開，等等。最后一步----等水燒開----也意味著某種程度的異步。在水加熱的過程中，你可以干等，也可以在此時做一些其他任務(wù)，例如開始烤面包（另一個異步任務(wù)）或者取份報(bào)紙回來，同時要知道得留意水壺。水壺和烤箱的生產(chǎn)廠商了解他們的產(chǎn)品經(jīng)常在異步方式下使用，所以當(dāng)水壺或烤箱完成工作時會發(fā)出聲響信號。找出串行和異步之間適當(dāng)?shù)钠胶馔ǔＪ歉咝耸康奶卣?---程序也是如此。

相同的關(guān)注點(diǎn)（資源利用，公平和便利）不僅激發(fā)了進(jìn)程的發(fā)展，也促進(jìn)了線程的發(fā)展。線程允許程序控制流的多個分支共存于一個進(jìn)程中。線程共享進(jìn)程范圍內(nèi)的資源，例如內(nèi)存和文件句柄，但每個線程有自己的程序計(jì)數(shù)器，堆棧和本地變量。線程也提供了在多處理器系統(tǒng)上對硬件并行利用的自然分解（譯注：以線程為單位有效分配硬件資源，發(fā)揮出硬件并行的優(yōu)勢）；在同一個程序中的多個線程可以在多個CPU上同時調(diào)度。

線程有時稱為輕量級進(jìn)程，大多數(shù)現(xiàn)代操作系統(tǒng)都將線程，而不是進(jìn)程，作為調(diào)度的基本單位。