本文将为你梳理现代并发编程的重要知识点。注意这只是梳理，更具体的概念与应用案例请自行查阅。
多线程（OS线程）
进程是一个程序的执行过程、操作系统资源分配的最小单位。单程序仅靠进程无法充分利用CPU的多核性能，能实现并发、却无法真正并行，因此出现了线程的概念。一个进程可以包含多个线程，线程是CPU调度的最小单位。
OS线程（操作系统线程）是最常见的并发实现方式，大部分现代编程语言都会提供相关 API（如 C++、C#、Java、Rust 中的 thread ）。
多线程编程的两个重要问题是线程同步与资源共享。
资源共享（互斥问题）
同一进程的线程间可以通过共享内存进行通信，因此资源共享实际需要解决的是互斥访问的问题。实际应用中主要涉及以下内容：
- 互斥锁(Mutex)：最常见的锁，等待时会挂起线程
- 自旋锁(Spin)：忙等待的锁
- 适合极短时间等待的场景，此时挂起恢复线程的耗时可能比等待更久
- 读写锁(RwMutex)：允许并发读、独占写
- 适合数据库访问等读请求显著多于写请求的场景
- 原子变量(Atomic)：通过底层 CPU 指令保证互斥的读写，比锁更快
- 涉及内存次序
- 仅基本数据类型可用
- 信道(channel)：一种队列的互斥封装，一端写入、另一端读取
- 读写操作内含互斥封装
- 适合生产者消费者场景
线程同步
按照 channel 的一般实现，在读空队列或写满队列时允许挂起线程直到操作成功，因此可用于线程同步。
此外还有下列三种常见同步原语：
- 条件变量(condition-variable)：获取锁后检查条件是否成立，如果条件不成立则释放锁并等待唤醒。唤醒后获取锁并重复上面的检查，如果条件成立则可进行后续操作（此时持有锁、不释放）。
- 信号量(semaphore)：
- 二进制信号量：0 表示未激活，1 表示已经激活。前置任务完成后将信号量置 1，后续任务等待信号量变成 1 后再开始（同时重置信号量回 0 ）。
- 时间线(计数)信号量：保持单调递增，不同的任务需要等待不同的时间点。当前任务完成后增加信号量的值、从而开始下一个任务。
- 屏障(barrier)：如同一个屏障分隔前后两批任务，所有前置任务都完成才会释放屏障，后续任务才能开始。
并发模型
OS 线程是最常见的并发模型，但OS线程的内存占用和调度开销太大，不适合直接用于网络服务等I/O场景（高并发、久等待）。因此存在更多的并发模型用于解决此类问题：
- IO多路复用(I/O Multiplexing)：
- 每个 OS 线程处理多条 IO 请求。
- 可以使用轮询的方式依次处理每个IO任务，若IO还在进行中则直接跳过(不等待)。
- 借助操作系统 API (如Linux的epoll)实现响应式的IO处理，避免轮询开销。
- 常见于 C 风格的网络编程，如 Nginx 和 Redis 的实现。
- 注意区分 IO模型 与 并发模型 。
- 协程(Coroutine)：
- 需编程语言支持。
- 指可挂起和恢复的函数，函数将被封装成某种状态机对象。
- 使用一块堆内存存放函数的执行状态与局部变量，因此可按需挂起和恢复。
- 参考 C++20 的
Coroutine。
- 用户级线程(User-level Thread)：
- 需编程语言支持。
- 实际是程序实现一种的“模拟线程”，同样是一种状态机对象。
- 因为是程序级实现，其调度更加廉价，内存占用也可以设置的更低。
- 实际的并行依赖OS线程，因此模拟线程与OS线程是M:N的对应关系。
- 由程序级的“调度器(运行时)”管理状态机的挂起与执行。
- 编程风格与OS线程类似。
- 参考 Go 的
Goroutine。
- 异步(Asynchronous)：
- 需编程语言支持。
- 使用
async关键字将函数声明为状态机。 - 函数调用返回状态机对象
promise/future，内含函数执行状态与局部变量。 - 使用
await关键字执行目标状态机并挂起当前状态机（直到目标完成）。 - 由程序级的“调度器(运行时)”管理状态机的挂起与执行。
- 通过类似同步的代码实现异步的效果。
- 参考 JS、C#、Rust 的
async/await。
可以注意到，协程、异步与用户级线程有很多相似之处。协程像是最低级的状态机封装，而后两者增加了调度器的概念，并选择了两种不同的编程风格。
有人会将 Go 的
Goroutine也称之为“协程”，迷枵认为这是不准确的。
并发模型的选择很大程度上取决于使用的编程语言，现代编程语言往往都会提供一套针对 IO 场景的解决方案，而 C 语言等早期语言则不得不使用 IO 多路复用的方案。