敲黑板：这是整个小节最复杂的内容，认真听！不然你学着累，飞哥讲得也累，o(╥﹏╥)o

复习：

1. 计算机所有的工作都由CPU完成，
   
2. （很长一段时期）一台电脑只能有一个CPU，一个CPU只有一个核心
3. CPU像机枪的击发器一样，一次只能做一件事

那么，我们凭啥能够：一边敲着代码，一边听着歌？

进程（Process）

现代操作系统都是多进程的。

进程是操作系统分配给应用程序（复习：操作系统上运行的软件）独享的一块资源：

• 由操作系统管理（调度）
• 一个应用程序至少一个进程（可以有多个）
• 资源包括：内存、CPU、I/O等
• 进程之间的资源不能共享

多个进程“同时”运行，由此产生了很多人一直没弄明白的概念：

并行和并发

并行（parallel）：在同一时间点，任务被多个处理器处理执行。其对应的是概念是

串行（serial）：任务被同一个处理器处理执行，不会出现同一个时间点上多个处理器处理执行的情况。

以炒菜为例，任务是炒完2个菜

• 一个锅，先炒一个再炒下一个：这是串行
• 两个锅，同时开炒：这是并行
  

注意：真正的并行，只能在多（核）处理器上实现，因为一个CPU核心同一个时间点只能处理一个任务。

很多时候（即使有了多核处理器），操作系统上的多进程是发生在一个CPU核心上的，这被称之为：

并发（concurrency）实际上是对并行的一种模拟。

按我们上面“炒菜”的例子，厨师对应CPU，灶对应进程/任务：

• 2个厨师2口灶，那才是并行；
• 1个厨师2口灶，那只是并发；

时间片

那么，CPU是如何实现并发的呢？

简单的说：

• CPU的运行被分成很多的“时间片”
• 这个时间片里CPU执行A任务，下一个时间片里CPU就执行B任务，再下一个时间片C任务；然后再回来执行A，再执行B，再C；再A……如此往复
• 时间片持续的时间通常都非常短，所以用户察觉不到，在用户看来，A/B/C三个任务似乎被同时执行一样（效果和并行类似）

仍然以炒菜为例，我们只观察饭菜的生成，会觉得两个菜都是在“同时”生成呢。

并发的作用

并行，很明显能够真正的缩短任务完成时间。但是……

@想一想@，既然并发不是并行，反正都是一个CPU

如果CPU有空闲

就像厨师做菜A，需要蒸10分钟：

• 如果没有并发，厨师就在蒸菜的时候就闲着
• 如果允许并发，蒸菜的时候厨师就可以做其他事，比如切菜
  

实际项目中，并发通常会提高的CPU的应用效率，或者说：减少CPU闲置。

理解：很多任务，需要CPU、内存和I/O共同配合完成。

但随着计算机硬件技术的发展，CPU的运算速度大幅提升（摩尔定律），远超内存的“供给”速度。

PS：运算速度：CPU > 内存 > 外存 > 网络

非并发场景，CPU不得不停下来等待I/O，如图所示：

但是，如果可以并发，CPU就可以不用等待I/O，而是做其他事情，如图所示：

如果CPU都没有空闲了呢？

我们换个例子，中午用餐高峰，厨房很忙很忙，完全没有空闲，餐馆里坐了5桌人等着上菜，厨房有两种选择：

• 先把A桌的10道菜做完端出去，再把B桌的10道菜做完端出去，再把C……好吧，C桌的客人已经气得掀桌子走人了！^_^
• 正确的做法肯定是A桌1道菜，B桌1道菜，C桌一道菜……这样轮着来
  

这是不是就是“并发”？厨房把所有菜做完的总的时间不会改变，但是顾客的用餐体验会变。

在计算机领域，我们称之为“减少用户等待时间”或者“提高系统响应速度”，这也是非常重要的。（有时候给个进度条都是有用的……）

PS：很多时候，进度条的进度是假的。@想一想@：为什么？

另外：日常交流中（包括接下来的课程），如果没有必要，我们不会严格区分并行并发。

线程（Thread）

线程可以看成是一个“更轻量级”的进程，一个进程中有可以有多个线程。但是，

• 线程不具备独立完成一个任务的资源，它需要进程的支持
• 多个线程可共享进程资源
  

一个应用程序只有/使用了一个线程，就被称之为单线程应用；使用了多个线程，就被称之为多线程应用。

我们应用开发人员，最有可能涉及到的，就是多线程的操作（进程由操作系统负责……）

PS：进程和线程都是操作系统层面的概念。换言之，不同的操作系统有不同的实现。比如，Linux内核就没有Windows意义上的线程。

为什么需要多线程？

原因其实和多进程一样。

本质上都是为了让多个进程/线程同时（或者至少看起来像同时）完成一个工作，从而：

1. 满足应用本身的要求。比如：
   
   • 操作系统多进程，我们才可以一边听歌（一个进程）一边写代码（又一个进程）；
   • 射击游戏多线程，所以你跑你的，我打我的，不会你跑的时候我就不能开枪，我开枪的时候你就不能跑……（用WinForm做坦克大战就这效果，^_^）
2. 在计算机资源（主要就是CPU）充足的情况下（注意这个前提），压榨系统性能（减少CPU闲置）
3. 提高用户响应。完成任务的总时间不变，但减少用户等待时间。

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