面試官：多線程一定比單線程跑得快嗎？

Part 1 思考人生的多線程

我們一直在說高并發(fā)、多線程、分布式應用，但是高并發(fā)情況下，多線程一定就快嗎？

我們首先要理解下并發(fā)運行是怎么一回事。

為什么一般意義上來說多線程就能抵抗高并發(fā)，運行速度就能得到提升？

所謂并發(fā)運行就是某個時間段CPU能執(zhí)行多個任務。

例如早上起來后，刷牙、照鏡子、思考這復讀機一般的人生是為哪般？

但是我們真的能同時做這么多事嗎？

不是的，其實是在大腦下達指令后，刷牙、照鏡子這種動作已經(jīng)形成了肌肉記憶、固定動作，然后我們又有了幾分鐘思考人生的時光了。

同樣的道理放在計算上也是一樣。


我們首先要明白一個基礎知識，計算機的主要組件為CPU、內(nèi)存、磁盤；而在這三大組件中，CPU的運行速率高于內(nèi)存1000倍以上，內(nèi)存的運行速率高于磁盤1000倍以上。

當然，這只是我的口嗨，并不是真的1000倍。

你只要知道他們的運行速率對比，CPU > 內(nèi)存 > 磁盤就好了，并且要快很多。

Part 2 應付多個嬰兒的哺乳媽媽

2.1 上下文切換

多線程執(zhí)行就像是很多個嬰兒跟媽媽要奶喝一樣，怎么辦？媽媽就兩個哺乳器官啊？最多就同時處理兩個嬰兒同時肚子餓的任務。

這已經(jīng)是雙核CPU了。實際上，媽媽只能同時處理一個嬰兒哺乳的任務而已，沒辦法同時把兩個孩子抱在懷里。你以為是母豬可以同時喂很多小豬呢？

所以只好讓嬰兒先喝點，抵抵飽，哄一哄，然后換另外的孩子。

這就是CPU的【上下文切換】。

2.2 線程爭用

而很多時候，我們需要運行的任務并不是一樣的。

還是以嬰兒為例，嬰兒們同時大哭，要求占用媽媽的時間，ABC嬰兒要換尿布、DEF嬰兒要喝奶。

怎么辦？頭大。

這就是【線程爭用】。

2.3 并發(fā)執(zhí)行

媽媽要開始安撫孩子了，但是只能一個個來啊，要么先找?guī)讉€奶瓶沖奶讓要喝奶的自己抱奶瓶喝奶，再去處理換尿布。

要么先去處理尿布，再去沖奶。

沖奶這個動作很快，但是喝奶的時間很長。媽媽考慮了下，決定先沖奶，然后讓他們自己抱奶瓶。

這就是【并發(fā)執(zhí)行】。

2.4 自旋鎖

但是沖奶的時候，嬰兒還在哭，等待著媽媽送來奶瓶和換尿布怎么辦？

這就是【自旋鎖】。如果CPU一直不處理任務，就循環(huán)等待，直到CPU來處理。

2.5 互斥鎖

如果媽媽沖奶時，抱了一個嬰兒在懷里哄著不哭，其他的嬰兒們沒指望了，就不哭了（當然，實際上不可能），等著媽媽空出手來又繼續(xù)哭，競爭媽媽的懷抱（笑）。

這就叫【互斥鎖】。它跟自旋鎖類似，不同的是競爭不到鎖的線程會回去睡會覺，等到鎖可用再來競爭。競爭失敗者繼續(xù)回去睡覺直到再次接到通知。

2.6 樂觀鎖

如果DEF拿到了奶瓶就不哭了，直到一瓶奶喝完還是喝不飽，才開始哭，要媽媽。這叫【樂觀鎖】。

樂觀鎖在數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)操作中，就是提交更新那一刻，才給相關數(shù)據(jù)行加鎖。

2.7 悲觀鎖

如果DEF拿到了奶瓶還是哭，因為他們還需要媽媽抱著喝才行。這叫【悲觀鎖】。

悲觀鎖就是如果一個事務操作用了鎖，那只有當這個事務把鎖釋放（把媽媽給釋放），其他事務才能夠執(zhí)行與該鎖沖突的操作。

2.8 時間片分配算法

我們觀察以上的故事，可以發(fā)現(xiàn)它們并不是同時運行的。

而CPU相比媽媽來說，它的執(zhí)行速度就更快了，它通過給每個線程分配CPU時間來實現(xiàn)任務運行，這個時間片一般是幾十毫秒。

這樣不停地來回切換任務，運行程序，劃分時間片，就叫做【時間片分配算法】。

2.9 線程與進程

上面說的是一個哺育室的故事，以JAVA而言，這就是一個【進程】。

如果媽媽還管著另一個哺育室，就又是一個進程。

一個哺育室有很多嬰兒，嬰兒們也可以認為是一個個線程。

所以【一個進程可以包含多個線程】。

而嬰兒們又享受著哺育室的公共環(huán)境與玩具。這就是【內(nèi)存環(huán)境共享】。

在Java應用中，每個線程都是運行在進程的上下文中，共享【同樣的代碼和全局數(shù)據(jù)】。

如果其中一個哺育室的裝修風格、哺育規(guī)則變了，也不會影響到另一個哺育室。

所以在多進程環(huán)境中，任何一個進程的終止，都不會影響到其他進程。

所以在單核CPU時代，我們在一臺電腦上也可以同時聽歌、寫作，可以一邊看電影、一邊論壇灌水【多進程】，而一個論壇里又可以有多個用戶同時灌水【多線程】。

part 3 多線程一定比單線程跑得快嗎？

回到最初的話題。

面試官：

如果有很多任務，每個任務需要CPU處理的時間都很長，占用的時間片很高，那么，多線程還能快嗎？

如果任務很少的情況下又是怎么樣呢？

例如只有兩個嬰兒，來回換著哺乳快還是一個個喂飽來得快呢？

什么情況下適合使用多線程呢？

除了CPU、內(nèi)存、磁盤，還有什么能影響并發(fā)執(zhí)行的速度呢？

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如果你是面試者，怎么回答呢？留言給我說說看你的看法。

如果你對我上面的解釋并不滿意，有著不同的看法，也歡迎來噴一噴。

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