多核、多线程、并发与并行_多核多线程

一、概念

• 进程与线程
  进程是操作系统进行资源分配管理和调度的单元，比如我们打开QQ，运行的QQ就是一个进程。
  线程是进程的一个子集，线程是CPU进行调度和执行的单元。
  一个进程可以包含一个线程（单线程的进程），也可以包含多个线程（多线程的进程）。
• 多核与多线程
  在单核时代，也可以实现多线程，同一时间内，各个（同一或者不同）线程争夺CPU时间片。
  在多核时代，各个进程及其线程可以在不同CPU内核上执行。多核为多线程并行执行提供了可能。
• 并发、并行与串行
  串行：各个线程排队等待CPU的执行。
  并发：指的是不同线程同时争夺一个CPU内核的时间片，这种状态就是并发。
  
  并行：不同线程在不同CPU内核上同时执行，彼此相互不影响。
  

二、效率与时间

我们通常说并发能够提升执行效率，觉得并发就跟提升效率有关。
现在假设有一种情况，一个多线程的进程，在被分配在固定的CPU内核上执行，各个线程虽然在并发，但是CPU一会执行这个线程，一会儿执行那个线程，不断切换，这个跟CPU先执行完A线程的任务，再执行完B线程的任务，接着C线程的任务…并没有什么时间效率上的提升，更有甚者，CPU在不断切换线程时，也需要不断切换线程上下文，切换上下文会带来时间和资源开销，与其这样并发，还不如串行呢？
所以，这里有个理解误区，提升效率不等于缩短执行时间。
假使打开QQ，我们一边时而回复聊天，时而逛空间，如果，采用串行的方式，我们就得等聊天完成后，才能正常逛空间；而如果采用多线程的方式，CPU不断切换线程执行，宏观上我们就会觉得聊天和逛空间完全可以同时进行。这就是提升了效率。
另一点理解误区，并发能缩短总执行时间。
一个多线程的进程运行在多核CPU上，它到底是并行还是并发，这个我不知道，因为CPU调度一会儿把线程分配在这个CPU内核上，一会儿把CPU分配在那个CPU内核上，各个线程可能在同一CPU内核，也可能在不同CPU内核。当在不同的CPU内核执行时，这两个线程就是并行；当两个CPU内核同时争夺同一个CPU内核的时间片时，这两个线程就是并发。
而并行才能缩短总的执行时间。

三、多线程的进程不一定会使用多核并行处理

验证如下：
本机电脑4核8G。
如下案例，开启4个线程每个线程依次打印100万次。

package org.example.demo5;

public class ThreadTest {

    private static final int num = 1000 * 1000;

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        //因为Visual VM找到java进程需要时间，所以这里让主线程先睡一会儿，
        //等待Visual VM找到进程再开始启动各子进程打印
        Thread.sleep(50000); 

        new Thread(()->{
            for (int i = 0; i < num; i++) {
                System.out.println(i);
            }

        },"线程1").start();

        new Thread(()->{
            for (int i = 0; i < num; i++) {
                System.out.println(i);
            }

        },"线程2").start();

        new Thread(()->{
            for (int i = 0; i < num; i++) {
                System.out.println(i);
            }
        },"线程3").start();

        new Thread(()->{
            for (int i = 0; i < num; i++) {
                System.out.println(i);
            }
        },"线程4").start();

    }
}
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39

通过使用Visual VM查看线程状态，可知各个线程是在同一个CPU上并发执行的。

修改执行次数，改成2000万次

package org.example.demo5;

public class ThreadTest {

    private static final int num = 20000 * 1000;

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread.sleep(50000);

        new Thread(()->{
            for (int i = 0; i < num; i++) {
                System.out.println(i);
            }

        },"线程1").start();

        new Thread(()->{
            for (int i = 0; i < num; i++) {
                System.out.println(i);
            }

        },"线程2").start();

        new Thread(()->{
            for (int i = 0; i < num; i++) {
                System.out.println(i);
            }
        },"线程3").start();

        new Thread(()->{
            for (int i = 0; i < num; i++) {
                System.out.println(i);
            }
        },"线程4").start();

    }
}
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37

通过下图可知，4个线程同时存在并发核并行的情况。

根据以上案例可知：
一个多线程的进程在多核处理器上，可能是以并发的方式运行，也可能是以并发+并行的方式运行。

参考：

https://www.cnblogs.com/jiading/articles/12454398.html
https://blog.csdn.net/qq_33290787/article/details/51790605
Visual VM工具的使用
https://www.cnblogs.com/xifengxiaoma/p/9402497.html