多线程编程中的事件驱动、并发、并行与同步
1. 事件驱动线程模式
在现代编程中,传统的每个连接一个线程(thread-per-connection)模式存在一定的局限性。以 Web 服务器为例,现代硬件具备同时处理大量请求的计算能力,但在每个连接一个线程模式下,会产生大量线程。线程存在固定开销,特别是需要内核和用户空间栈,这对给定进程中的线程数量可扩展性设置了限制,在 32 位系统上尤为明显。尽管在 64 位系统上,对每个连接一个线程模式的反对理由不那么充分,但事件驱动模式仍然被认为是更优的选择。
系统设计者发现,大多数线程大部分时间都在等待,如读取文件、等待数据库返回结果或发出远程过程调用。因此,事件驱动线程模式应运而生。该模式将等待操作与线程解耦,通过异步 I/O 和多路复用 I/O 来管理服务器的控制流。在这种模式下,请求处理被转换为一系列异步 I/O 请求和相关回调,通过事件循环等待这些回调。当 I/O 请求返回时,事件循环将回调交给等待的线程。
事件驱动模式不一定需要多线程,单线程进程执行完回调后的自然流程也可以作为事件循环。只有在需要真正的并行性时才添加线程,并且线程数量不应超过处理器数量。目前,事件驱动模式是设计多线程服务器的首选方法,许多流行的 Apache 替代方案都是基于此模式。在设计线程系统软件时,建议优先考虑事件驱动模式,即异步 I/O、回调、事件循环和每个处理器一个线程的小线程池。
2. 并发、并行与竞争条件
线程会产生两个相关但不同的现象:并发和并行。并发是指两个或多个线程在重叠的时间段内执行的能力,而并行是指同时执行两个或多个线程的能力。并发可以在没有并行的情况下发生,例如单处理器系统上的多任务处理;而并行