说说Golang goroutine并发那些事儿 (2)

进程池:准确来说它并不实际存在于我们的操作系统中,而是IPC,信号,信号量,消息队列,管道等对多进程进行管理,从而减少不断的开启、关闭等操作。以求达到减少不必要的资源损耗

线程 定义

线程(英语:thread)是操作系统能够进行运算调度的最小单位。大部分情况下,它被包含在进程之中,是进程中的实际运作单位。一条线程指的是进程中一个单一顺序的控制流,一个进程中可以并发多个线程,每条线程并行执行不同的任务。在Unix System V及SunOS中也被称为轻量进程(lightweight processes),但轻量进程更多指内核线程(kernel thread),而把用户线程(user thread)称为线程。

线程是独立调度和分派的基本单位。线程可以为操作系统内核调度的内核线程

同一进程中的多条线程将共享该进程中的全部系统资源,如虚拟地址空间,文件描述符信号处理等等。但同一进程中的多个线程有各自的调用栈(call stack),自己的寄存器环境(register context),自己的线程本地存储(thread-local storage)。

一个进程可以有很多线程来处理,每条线程并行执行不同的任务。如果进程要完成的任务很多,这样需很多线程,也要调用很多核心,在多核或多CPU,或支持Hyper-threading的CPU上使用多线程程序设计的好处是显而易见的,即提高了程序的执行吞吐率。以人工作的样子想像,核心相当于人,人越多则能同时处理的事情越多,而线程相当于手,手越多则工作效率越高。在单CPU单核的计算机上,使用多线程技术,也可以把进程中负责I/O处理、人机交互而常被阻塞的部分与密集计算的部分分开来执行,编写专门的workhorse线程执行密集计算,虽然多任务比不上多核,但因为具备多线程的能力,从而提高了程序的执行效率。

线程池

线程池(英语:thread pool):一种线程使用模式。线程过多会带来调度开销,进而影响缓存局部性和整体性能。而线程池维护着多个线程,等待着监督管理者分配可并发执行的任务。这避免了在处理短时间任务时创建与销毁线程的代价。线程池不仅能够保证内核的充分利用,还能防止过分调度。可用线程数量应该取决于可用的并发处理器、处理器内核、内存、网络sockets等的数量。 例如,线程数一般取cpu数量+2比较合适,线程数过多会导致额外的线程切换开销。

任务调度以执行线程的常见方法是使用同步队列,称作任务队列。池中的线程等待队列中的任务,并把执行完的任务放入完成队列中。

线程池模式一般分为两种:HS/HA半同步/半异步模式、L/F领导者与跟随者模式。

半同步/半异步模式又称为生产者消费者模式,是比较常见的实现方式,比较简单。分为同步层、队列层、异步层三层。同步层的主线程处理工作任务并存入工作队列,工作线程从工作队列取出任务进行处理,如果工作队列为空,则取不到任务的工作线程进入挂起状态。由于线程间有数据通信,因此不适于大数据量交换的场合。

领导者跟随者模式,在线程池中的线程可处在3种状态之一:领导者leader、追随者follower或工作者processor。任何时刻线程池只有一个领导者线程。事件到达时,领导者线程负责消息分离,并从处于追随者线程中选出一个来当继任领导者,然后将自身设置为工作者状态去处置该事件。处理完毕后工作者线程将自身的状态置为追随者。这一模式实现复杂,但避免了线程间交换任务数据,提高了CPU cache相似性。在ACE(Adaptive Communication Environment)中,提供了领导者跟随者模式实现。

线程池的伸缩性对性能有较大的影响。

创建太多线程,将会浪费一定的资源,有些线程未被充分使用。

销毁太多线程,将导致之后浪费时间再次创建它们。

创建线程太慢,将会导致长时间的等待,性能变差。

销毁线程太慢,导致其它线程资源饥饿。

协程

协程,英文叫作 Coroutine,又称微线程、纤程,协程是一种用户态的轻量级线程。

协程拥有自己的寄存器上下文和栈。协程调度切换时,将寄存器上下文和栈保存到其他地方,在切回来的时候,恢复先前保存的寄存器上下文和栈。因此协程能保留上一次调用时的状态,即所有局部状态的一个特定组合,每次过程重入时,就相当于进入上一次调用的状态。

协程本质上是个单进程,协程相对于多进程来说,无需线程上下文切换的开销,无需原子操作锁定及同步的开销,编程模型也非常简单。

串行

多个任务,执行完毕后再执行另一个。

例如:吃完饭后散步(先坐下吃饭、吃完后去散步)

并行

多个任务、交替执行

例如:做饭,一会放水洗菜、一会吸收(菜比较脏,洗下菜写下手,傲娇~)

并发

共同出发

边吃饭、边看电视

阻塞与非阻塞 阻塞

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