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在 Unix程式設計藝術 中,提到了儘量避免多執行緒程式設計模型, 認為這樣只會增加複雜度, 提倡使用多程序, 這樣本質上就可以避免多執行緒『共享記憶體資料』產生的 “corruotped memory” 問題。

其中, 提到了一篇文章 Why Threads Are A Bad Idea, 對於多執行緒程式設計和事件程式設計分析的非常好, 具體的翻譯如下:

1 介紹

執行緒的背景:

• 在作業系統中出現多執行緒
• 逐漸演變成 使用者層面的程式設計工具
• 被認為是多種問題的一種通用解決方案
• 每一個程式設計師都需要成為 一個多執行緒程式設計的高手嗎？

根本性的問題:

多執行緒的程式非常難以正確的編寫！！！

替代性的方案:

使用事件驅動的程式設計方法

特別宣告:

• 對於大部分的多執行緒程式，使用事件驅動是一個更好的選擇
• 只有當使用CPU多核的時候, 才需要使用多執行緒程式設計

2 多執行緒的本質

• 一般用來管理併發問題
• 多個獨立相互執行的任務
• 共享的記憶體
• 預先的安排機制(Pre-emptive scheduling)
• 同步機制(synchronization)

3 多執行緒的用途

• 作業系統: 對每一個使用者程序分配一個核心執行緒
• 科學應用程式: 每個CPU分配一個執行緒(對計算要求性很高的程式)
• 分散式系統: 程序請求並行(同步記性的I/O操作)
• GUIs程式
  • 執行緒對應使用者的行為. 在長時間的後臺計算過程中仍然可以處理圖形展示
  • 多媒體, 動畫方面的程式編寫

4 多執行緒有什麼問題?

• 對於一般的程式設計師而言，難以掌握。
• 即使對於專家，多執行緒程式設計也是痛苦的。

5 為什麼多執行緒程式設計很難?

• Synchronization(同步機制):
  • 必須通過鎖來共享資料
  • 忘記了加鎖？就會導致受汙染的資料
• 死鎖
  • 依賴鎖，會導致迴圈依賴
  • 每個處理程式等待其他處理程式: 導致系統掛起

6 為什麼多執行緒程式設計很難?

• 難以除錯: 因為 資料依賴，時間依賴
• 執行緒破壞了抽象: 無法設計出模組化的程式
• 因為鎖導致回撥無法完成

7 為什麼多執行緒程式設計很難?

• 很難達到非常好的效能
  • 簡單的鎖導致了低併發
  • 而精密的鎖又會導致複雜度提升, 降低了一般情況下的效能
  • OSes限制了效能提升(排程, 環境切換)
• 執行緒不受支援
  • 難以支援多執行緒程式碼(mac, windows)
  • 一些標誌庫不是執行緒安全的
  • 核心呼叫, windows系統不是多執行緒
  • 很少有多執行緒程式設計的除錯工具
• 通常不需要併發場景

8 時間驅動程式設計

• 一個執行流程序: 沒有CPU的併發
• 在時間上註冊訊息(通過回撥)
• 事件輪詢等待訊息, 呼叫處理器模型
• 時間處理器沒有搶斷
• 處理器通常是 短生命週期的

9 事件驅動程式設計被用來幹什麼

• 大多數的GUIs程式設計:
  • 一個處理器對應一個事件
  • 處理器用來執行行為(撤銷,刪除檔案等)
• 分散式系統
  • 一個處理器用來對應一個輸入源
  • 處理進來的請求,返回結果
  • 事件驅動的I/O 來處理 I/O併發

10 事件驅動程式設計的問題

• 長時間執行的時間處理器會導致 程式沒有反應, 解決辦法:
  • 對於長時間執行的程式Fork off子程式處理, 當處理結束後使用事件
  • 打斷處理器執行(比如: 事件驅動的I/O)
  • 定期回撥 時間處理器中的 事件迴圈
• 通過處理器無法維護本地記憶體狀態(處理器必須返回)
• 沒有CPU的併發(不太合適科學計算程式)
• 事件驅動的程式設計並不總是被支援

11 多執行緒程式設計 VS 事件驅動程式設計

• 事件驅動編髮程式設計儘可能的避免 併發, 而多執行緒程式設計則傾向於併發：

  • 使用事件驅動程式設計更加容易: 不用考慮併發, 不用考慮搶佔, 不用考慮同步和死鎖
  • 只在特定的情況下,才使用複雜的技術棧
  • 使用多執行緒程式設計, 即使最簡單的程式也需要面對很高的複雜度(full complexity)

• 使用事件驅動更加容易除錯

  • 事件驅動程式設計只和時間依賴有關, 不需要考慮內部的排程
  • 問題更加容易跟蹤: 較慢的按鈕點選反應 和 記憶體資料汙染 時候, 前者問題更加容易定位

12 多執行緒程式設計 VS 事件驅動程式設計

• 在單個CPU上時間驅動程式比執行緒更加快速

  • 沒有鎖的覆蓋
  • 沒有上下文環境的 切換

• 事件驅動程式設計更加面向介面程式設計

• 多執行緒提供了真正的併發性

  • 對於多CPU的機器來說，是可以擴充套件效能
  • 可以長時間的執行處理程式而不需要凍結

13 你需要放棄多執行緒嗎?

• 不需要的情況: 對於應該程式效能要求很高的服務(比如: 資料庫伺服器)

• 但是, 儘可能的避免多執行緒程式設計:

  • 對於 GUIs程式, 分散式系統, 效能要求不高的, 使用事件程式設計, 不是多執行緒
  • 只有當真正的多核CPU併發需要使用到的時候，使用多執行緒程式設計
  • 當使用多執行緒程式設計的時候，將多執行緒程式設計模組與其他模組進行隔離, 保持大部分程式碼都是單執行緒模型

隔離多執行緒的模組:

14 總結

• 併發從根本上是很難的, 儘可能的避免

• 多執行緒比事件更加強大，但是這種強大的功能很少真正需要

• 多執行緒程式設計比事件程式設計更加難以寫出正確的程式碼, 只有真正的專家才能掌握

• 將事件 程式設計當做基本的開發工具（對於GUIs 和 分散式系統)

• 只有當效能要求很高的服務時候，才使用 多執行緒