先撸清楚：并发/并行、单线程/多线程、同步/异步

news2025/1/12 15:47:51

前言

在编码的过程中经常会遇到并发/并行、同步/异步、单线程/多线程等术语，在分析JS setTimeout/Promise之前先把这些概念厘清。
通过本篇文章，你将了解：

并发/并行的概念及区别
同步/异步的概念及区别
单线程/多线程的概念及区别
主线程和子线程的概念及区别
JS执行引擎是单线程吗？

1. 并发/并行的概念及区别

1.1 并发

1.1.1 无并发时代

在远古时代（其实就是几十年前），计算机硬件基础比较落后，刚开始只有一个CPU核心。
计算机操作员需要把待完成的事项编排为一个个的任务，依次交给CPU去执行。

可以看出，任务是依次执行的，上一个任务未执行完（未释放CPU），下个任务是不能执行（获取CPU）的。

1.1.2 单核并发

假设任务3执行时间需要4s，任务4执行时间需要6s，执行完任务3和任务4总共需要10s的时间。
任务3执行的过程中需要等待读取磁盘（磁盘读取需要2s），此时任务3是不怎么占用CPU的，它完全可以先释放CPU专注等待磁盘读取，而此刻任务4就可以有机会得到CPU的执行，任务3磁盘读取返回后继续申请CPU执行未完成的项。
此时任务3、4执行完成总共需要2+6=8s时间。
任务间的执行流程大致如下：

在一段时间内，任务3和任务4是共存的（任务3执行的过程中，任务4可以插进来），同样的，任务3、任务4执行的过程中也可以插入其它任务5、6…n，此种设计方式可以在一定程度上提高CPU的利用率。
因此，我们简单归纳一下：

若一个系统支持同时存在多个任务（任务交替运行），则称该系统支持并发
在单核心的CPU场景下，同一时间只会有一个任务得到执行，CPU将时间分给多个任务执行，CPU执行任务的速度非常快，给人的感觉是多个任务是同时处理完毕的，实际上是分享了CPU的时间片

1.1.3 多核并发

随着硬件的发展，CPU从单核变成多核，每个核心都能独立处理各自的任务，此种场景下，并发的功能依然存在，如下图：

很容易理解，单核心能够并发，多核心更不在话下了。

1.2 并行

从多核并发的图里，我们知道CPU1的任务队列和CPU2的任务队列可以同时进行。

如图，同一时刻，任务3在CPU1里执行，任务8在CPU2里执行，通过增加CPU核心数，处理任务的速度更快了。
因此，我们简单归纳如下：

若一个系统支持同时运行多个任务，则称该系统支持并行。
并行从字面上意思就是两人在一起肩并肩并排行走。

2. 同步/异步的概念及区别

2.1 量血压的例子

先看一种场景：
小明去医院体检，他决定量血压，此时量血压的人都排成一队了，他排在了队伍的末尾。
如果把医生当做线程，队伍里的每个人都是一个代码行(方法/函数)，每个人都按序等待量血压（代码行等待线程执行），前一个人量好了再到下一个人。
我们称这些代码行是按时间先后顺序同步地执行。

再看另一种场景：
小明去医院体检，他起得比较晚，急匆匆跑到医院的时候，他决定先量血压。此时量血压的人都排成一队了，他排在了队伍的末尾。
轮到他测量血压的时候，医生发现他心跳比较快，于是建议他先休息冷静一会儿再来测，于是他坐到了一旁冷静平复心情。
当他休息的差不多的时候，他又去排队，最终他量好了血压。

小明确实是排了队，医生那会儿没给他量血压，告诉他满足条件后再来，当满足条件后再重新排队。
我们称此时小明量血压的过程是异步地执行。

2.2 转为TS代码

同步：

//ts 代码
function testBPSync(name:String) {
    console.log(name, 'test bp')
}

testBPSync('体检者1')
testBPSync('体检者2')
testBPSync('小明')
testBPSync('体检者3')

可以看到打印是依次执行的。

异步：

//ts 代码
function testBPSync(name:String) {
    console.log(name, 'test bp')
}

function testBPAsync(name:String) {
    setTimeout(()=>{
        console.log(name, 'test bp')
    }, 2000)
}

testBPSync('体检者1')
testBPSync('体检者2')
testBPAsync('小明')
testBPSync('体检者3')

可以看到，虽然小明排在体检者3之前，但是他并没有在体检者3前被量血压，它是过一会才被量，是异步执行的。

2.3 异步==另一个线程？

小明量血压是异步的，但他最终还是同一个医生给他量的，我们把医生比作执行在CPU上的线程，此时虽然是异步的，但并不等于在另一个线程里执行。
上图使用的setTimeout()最终回调还是在主线程里执行。

小明平复了心情后，另一个体检医生让他过去体检，此时他就不在原来的医生那体检了，此种场景对应在另一个线程里执行：

//Kotlin 代码
fun testBPsync(name:String) {
    println("${name} test bp")
}

fun testBPAsync(name:String) {
    thread {
        //在另一个线程里执行
        println("${name} test bp")
    }
}

fun main() {
    testBPSync('体检者1')
    testBPSync('体检者2')
    testBPAsync('小明')
    testBPSync('体检者3')
}

总结来说：

同步：表示在一个线程里按照时间的先后顺序执行代码
异步：同步反义词，异步执行的代码可能在同一个线程执行，也可能在另一个线程执行，取决于具体的实现逻辑，异步通常表现为回调的形式。

3. 单线程/多线程的概念及区别

在最开始我们有提到过任务的并发执行，先执行任务的一部分，再执行其余部分，这种"部分"在CPU上是如何调度的呢？
答案是线程。
先了解一个老生常谈的知识：

进程是资源分配的基本单位，线程是CPU任务调度和执行的基本单位

CPU上执行的是线程，不同进程（任务）的线程、同一进程里的线程交替在CPU上执行，达到了并发的效果。

多线程能够充分利用CPU的能力，比如某个进程里开了两个线程分别去获取网络数据和进行磁盘I/O读写，这俩线程可以同时执行（并行），也可以并发，提升了效率。

但多线程也带来了挑战：

线程之间的互斥，多线程修改同一内存变量的一致性，通常加锁解决
线程之间的同步，某个线程修改同一内存变量后通知其它线程变量已经修改，通常等待-通知机制解决

因此多线程编程永恒的话题：线程间的同步和互斥

单线程永远不会担心同步和互斥，单线程通常伴随着事件循环。

有关线程和锁相关请移步系列文章：线程和锁系列

4. 主线程和子线程的概念及区别

承担着进程入口的线程，通常称为主线程。
一般来说我们编写Hello World会有个Main入口，执行此处代码的就是主线程。

实际上主线程和子线程本质上是没有区别的，都是通过构造线程对象并执行代码。
在Android、iOS设计里，把一个线程选作主线程，那么就会在更新UI的时候做一些校验，判断是否是主线程（UI线程），如果不是那么不允许操作界面元素。并且主线程主要做一些UI布局计算相关的操作（不是渲染线程），同时响应其它线程的事件，比如触摸事件等，因此它一定要比较流畅，不能被同步阻塞，轻则界面卡顿，重则App Crash，因此阻塞的事情交给其它线程（子线程）去做。