并发与并行

学习目标

通过本集的学习，你将能够：

• 理解并发概念
• 区分线程与进程
• 掌握同步机制
• 认识死锁问题

1. 并发 vs 并行

1.1 并发

并发是多个任务在宏观上同时进行，微观上交替执行。

并发示例：
时间 →
[任务1] [任务2] [任务1] [任务2] [任务1] [任务2]

1.2 并行

并行是多个任务在物理上同时执行（多核 CPU）。

并行示例：
CPU 1: [任务1] [任务1] [任务1]
CPU 2: [任务2] [任务2] [任务2]

2. 进程与线程

2.1 进程

进程是程序的执行实例，有独立的内存空间。

进程特点：
- 独立内存空间
- 开销大
- 安全隔离

2.2 线程

线程是进程内的执行单元，共享进程内存。

线程特点：
- 共享内存
- 开销小
- 通信方便
- 需要同步

3. 同步机制

3.1 互斥锁

互斥锁（Mutex）：
lock()
临界区
unlock()

保证临界区同时只有一个线程执行

3.2 信号量

信号量（Semaphore）：
控制同时访问资源的线程数量

4. 死锁

4.1 死锁条件

死锁四个必要条件：
1. 互斥：资源只能被一个线程持有
2. 持有并等待：持有资源同时等待其他资源
3. 不可剥夺：资源不能被强行夺走
4. 循环等待：形成等待环

5. 实用案例

5.1 案例：Python 多线程

import threading

def print_numbers():
    for i in range(10):
        print(i)

def print_letters():
    for c in 'abcdefghij':
        print(c)

t1 = threading.Thread(target=print_numbers)
t2 = threading.Thread(target=print_letters)
t1.start()
t2.start()
t1.join()
t2.join()

6. 自测问题

1. 并发和并行的区别是什么？
2. 进程和线程的区别是什么？
3. 什么是互斥锁？
4. 死锁的四个条件是什么？
5. 如何避免死锁？

7. 下集预告

下一集我们将学习泛型与多态！

参考资料

• 《程序设计语言：概念与构造》