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最近在研究Spring Boot中的異步處理，發(fā)現(xiàn)涉及到異步和多線程的很多知識(shí)點(diǎn)，就先寫幾篇關(guān)于異步與多線程的文章，帶大一起回顧或?qū)W習(xí)一下相關(guān)的知識(shí)點(diǎn)。下面開始正文內(nèi)容：

前言

在本文中，我們通過一些通俗易懂的方式來解釋異步編程和多線程編程，然后再介紹一下它們之間的區(qū)別。

什么是異步編程

首先來看一下異步模型。在異步模型中，允許同一時(shí)間發(fā)生(處理)多個(gè)事件。程序調(diào)用一個(gè)耗時(shí)較長(zhǎng)的功能(方法)時(shí)，它并不會(huì)阻塞程序的執(zhí)行流程，程序會(huì)繼續(xù)往下執(zhí)行。當(dāng)功能執(zhí)行完畢時(shí)，程序能夠獲得執(zhí)行完畢的消息或能夠訪問到執(zhí)行的結(jié)果(如果有返回值或需要返回值時(shí))。

下面通過一個(gè)示例來看一下同步和異步的區(qū)別。示例中程序通過網(wǎng)絡(luò)獲取兩個(gè)文件，并對(duì)兩個(gè)文件進(jìn)行合并處理：

異步與同步

上述示例，在異步系統(tǒng)當(dāng)中的解決方案是開啟一個(gè)額外的線程進(jìn)行處理。第一個(gè)線程獲取第一個(gè)文件，第二個(gè)線程獲取第二個(gè)文件，第二個(gè)線程并不需要等待第一個(gè)線程執(zhí)行完畢再執(zhí)行。當(dāng)兩個(gè)線程都獲得到對(duì)應(yīng)的結(jié)果之后，再重新同步處理合并結(jié)果的操作。

再來看另外一個(gè)場(chǎng)景。單線程方法讀取OS(操作系統(tǒng))當(dāng)中的文件并需要進(jìn)行數(shù)學(xué)運(yùn)算。而在異步系統(tǒng)中，程序發(fā)起讀取OS中文件的請(qǐng)求，由于讀取操作比較耗時(shí)，在等待讀取文件時(shí)，程序會(huì)將控制器返回給CPU進(jìn)行數(shù)學(xué)運(yùn)算。

在異步編程中，通常會(huì)針對(duì)比較耗時(shí)的功能提供一個(gè)函數(shù)，函數(shù)的參數(shù)中包含一個(gè)額外的參數(shù)，用于回調(diào)。而這個(gè)函數(shù)往往稱作回調(diào)函數(shù)。當(dāng)比較耗時(shí)的功能執(zhí)行完畢時(shí)，通過回調(diào)函數(shù)將結(jié)果返回。關(guān)于回調(diào)函數(shù)相關(guān)的知識(shí)可參考文章《兩個(gè)經(jīng)典例子讓你徹底理解java回調(diào)機(jī)制》。

什么是多線程編程

多線程是指同時(shí)并發(fā)或并行執(zhí)行多個(gè)指令(線程)。

在單核處理器上，多線程往往會(huì)給人程序是在并行執(zhí)行的錯(cuò)覺。實(shí)際上，處理器是通過調(diào)度算法在多線程之間進(jìn)行切換和調(diào)度?；蛘吒鶕?jù)外部輸入(中斷)和線程的優(yōu)先級(jí)的組合來進(jìn)行線程的切換。

在多核處理器上，線程才是真正的并行運(yùn)行。多個(gè)處理器同時(shí)執(zhí)行多個(gè)線程，以達(dá)到更加高效的處理。

一個(gè)簡(jiǎn)單的示例就是：開啟兩個(gè)瀏覽器窗口同時(shí)下載兩個(gè)文件。每個(gè)窗口都使用一個(gè)新的線程去下載文件，它們之間并不需要誰(shuí)等待誰(shuí)完成，而是并行進(jìn)行下載。

下圖展示了并發(fā)執(zhí)行多線程應(yīng)用程序的流程：

多線程執(zhí)行

異步與多線程的區(qū)別

通過上面的介紹，我們可以看出多線程都是關(guān)于功能的并發(fā)執(zhí)行。而異步編程是關(guān)于函數(shù)之間的非阻塞執(zhí)行，我們可以將異步應(yīng)用于單線程或多線程當(dāng)中。

因此，多線程只是異步編程的一種實(shí)現(xiàn)形式。

比如，你和你的朋友決定一起做一頓午餐。“異步”就是你對(duì)朋友說：“你去商店買意大利面，回來的時(shí)候告訴我一聲，然后一起做午餐。在你買意大利面的同時(shí)，我去準(zhǔn)備番茄醬和飲料。”

而“線程”是：“你燒水，我加熱番茄醬。當(dāng)水燒開了，告訴我，我把意大利放進(jìn)去。當(dāng)番茄醬熱了，你可以把奶酪添加進(jìn)去。當(dāng)兩者都完成了，就可以坐下來一起吃晚餐。”在線程的示例中，我們可以看到“When，Do”的事件順序，而這些順序代表著每個(gè)人(線程)的指令集集合的順序。

上述示例可以看出，多線程是與具體的執(zhí)行者相關(guān)的，而異步是與任務(wù)相關(guān)的。

多線程是程序設(shè)計(jì)的邏輯層概念，它是進(jìn)程中并發(fā)運(yùn)行的一段代碼，可以實(shí)現(xiàn)線程間的切換執(zhí)行。

異步和同步是相對(duì)的，異步就是彼此獨(dú)立，在等待某事件的過程中繼續(xù)做自己的事，不需要等待這一事件完成后再工作。

多線程就是實(shí)現(xiàn)異步的一個(gè)方式。異步是讓調(diào)用方法的主線程不需要同步等待另一線程的完成，從而可以讓主線程干其它的事情。

所以本質(zhì)上，異步和多線程并不是一個(gè)同等關(guān)系，異步是最終目的，多線程只是實(shí)現(xiàn)異步的一種手段。

如何選擇

面對(duì)多線程和異步，我們?cè)撊绾芜x擇呢?其實(shí)，通常情況下選擇的依據(jù)是主要取決于性能。

那么，同步/異步與單線程/多線程之間的所有組合，哪種模型表現(xiàn)更好?

簡(jiǎn)而言之，對(duì)于具有大量I/O操作和不同計(jì)算的大規(guī)模應(yīng)用程序，使用異步多線程有利于充分利用計(jì)算資源，并且能夠照顧到非阻塞函數(shù)。這也是所有操作系統(tǒng)所采用的線程模型。

編寫異步操作的復(fù)雜程度較高，程序主要使用回調(diào)方式進(jìn)行處理，與正常的思維方式有些出入，而且難以調(diào)試。而多線程的使用(濫用)會(huì)給系統(tǒng)帶來上下文切換的額外負(fù)擔(dān)，并且線程間的共享變量可能造成死鎖。

因此在實(shí)現(xiàn)這兩種模式時(shí)，往往需要處理資源競(jìng)爭(zhēng)、死鎖、共享資源和回調(diào)事件等問題。

小結(jié)

在本文中，我們講解了異步編程和多線程編程的定義，然后是它們之間的區(qū)別。而本文中的所有術(shù)語(yǔ)和概念均與具體技術(shù)實(shí)現(xiàn)無關(guān)。后面我們會(huì)繼續(xù)講解多線程與異步相關(guān)的其他知識(shí)點(diǎn)，比如異步調(diào)用與回調(diào)等。