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，使用線程可以將復雜的異步代碼調(diào)整為簡單直線式代碼，從而簡化復雜系統(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，計算機沒有操作系統(tǒng)；計算機從開始到結束僅執(zhí)行一個單一程序，此程序直接訪問機器的所有資源。如此情況，不但編寫運行于裸機上的程序是困難的，而且某一時刻僅運行一個單一程序也是對昂貴而稀缺的計算機資源的低效使用。

操作系統(tǒng)發(fā)展到允許多個程序同時運行，每個進程中運行一個獨立的程序：程序是隔離的，獨立執(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。如果進程需要與另一個進程通信，可以通過各種粗粒度的通信機制：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行顯得更有效。

公平。多個用戶和應用程序可能對機器資源有平等的要求。讓多個程序通過細粒度的時間片共享計算機比讓一個程序運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，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，每個進程就是一個虛擬的馮諾依曼計算機；進程有一個存儲指令和數(shù)據(jù)的內(nèi)存空間，根據(jù)機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，因為它模仿了人類的工作方式：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，開始準備茶點。就像在編程語言中一樣，這些現(xiàn)實世界中的每個動作都是一個細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，例如開始烤面包（另一個異步任務）或者取份報紙回來，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?shù)钠胶馔ǔＪ歉咝耸康奶卣?---程序也是如此。

相同的關注點（資源利用，公平和便利）不僅激發(fā)了進程的發(fā)展，也促進了線程的發(fā)展。線程允許程序控制流的多個分支共存于一個進程中。線程共享進程范圍內(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程，大多數(shù)現(xiàn)代操作系統(tǒng)都將線程，而不是進程，作為調(diào)度的基本單位。