并发编程

定义

并发编程是指设计能够同时处理多个任务的程序。这里的同时强调任务在时间上重叠地推进,它们可能交替执行于单核之上,也可能真正并行运行于多核之上。并发关注的是程序结构如何组织多个独立的活动。

原理

并发的基本载体包括进程、线程与协程。多个执行流共享或隔离资源,需要通过同步机制协调,以避免竞态条件。常见手段有互斥锁、信号量、条件变量与消息传递。其中消息传递模型主张通过通信共享状态,而非通过共享状态来通信,以降低耦合。

应用与挑战

并发广泛应用于服务器、用户界面与数据处理:

• 同时服务大量客户端请求。
• 保持界面响应而在后台执行耗时任务。
• 把可分解的工作并行加速。

并发也带来死锁、活锁与数据竞争等难题,且错误往往难以复现。采用不可变数据、限制共享范围、使用成熟的并发原语与高层抽象,是控制复杂度、写出正确并发程序的有效途径。