1.1.2　并发的方式

设想两位开发者要共同开发一个软件项目。假设他们处于两间独立的办公室，而且各有一份参考手册，则他们可以静心工作，不会彼此干扰。但这令交流颇费周章：他们无法一转身就与对方交谈，遂不得不借助电话或邮件，或是需起身离座走到对方办公室。另外，使用两间办公室有额外开支，还需购买多份参考手册。

现在，如果安排两位开发者共处一室，他们就能畅谈软件项目的设计，也便于在纸上或壁板上作图，从而有助于交流设计的创意和理念。这样，仅有一间办公室要管理，并且各种资源通常只需一份就足够了。但缺点是，他们恐怕难以集中精神，共享资源也可能出现问题。

这两种安排开发者的办法示意了并发的两种基本方式。一位开发者代表一个线程，一间办公室代表一个进程。第一种方式采用多个进程，各进程都只含单一线程，情况类似于每位开发者都有自己的办公室；第二种方式只运行单一进程，内含多个线程，正如两位开发者同处一间办公室。我们可以随意组合这两种方式，掌控多个进程，其中有些进程包含多线程，有些进程只包含单一线程，但基本原理相同。接着，我们来简略看看应用软件中的这两种并发方式。

1．多进程并发

在应用软件内部，一种并发方式是，将一个应用软件拆分成多个独立进程同时运行，它们都只含单一线程，非常类似于同时运行浏览器和文字处理软件。这些独立进程可以通过所有常规的进程间通信途径相互传递信息（信号、套接字、文件、管道等），如图1.3所示。这种进程间通信普遍存在短处：或设置复杂，或速度慢，甚至二者兼有，因为操作系统往往要在进程之间提供大量防护措施，以免某进程意外改动另一个进程的数据；还有一个短处是运行多个进程的固定开销大，进程的启动花费时间，操作系统必须调配内部资源来管控进程，等等。

图1.3 两个进程并发运行并相互通信

进程间通信并非一无是处：通常，操作系统在进程间提供额外保护和高级通信机制。这就意味着，比起线程，采用进程更容易编写出安全的并发代码。某些编程环境以进程作为基本构建单元，其并发效果确实一流，譬如为Erlang编程语言准备的环境。

运用独立的进程实现并发，还有一个额外优势——通过网络连接，独立的进程能够在不同的计算机上运行。这样做虽然增加了通信开销，可是只要系统设计精良，此法足以低廉而有效地增强并发力度，改进性能。

2．多线程并发

另一种并发方式是在单一进程内运行多线程。线程非常像轻量级进程：每个线程都独立运行，并能各自执行不同的指令序列。不过，同一进程内的所有线程都共用相同的地址空间，且所有线程都能直接访问大部分数据。全局变量依然全局可见，指向对象或数据的指针和引用能在线程间传递。尽管进程间共享内存通常可行，但这种做法设置复杂，往往难以驾驭，原因是同一数据的地址在不同进程中不一定相同。图1.4展示了单一进程内的两个线程借共享内存通信。

图1.4　单一进程内的两个线程借共享内存通信

我们可以启用多个单线程的进程并在进程间通信，也可以在单一进程内发动多个线程而在线程间通信，后者的额外开销更低。因此，即使共享内存带来隐患，主流语言大都青睐以多线程的方式实现并发功能，当中也包括C++。再加上C++本身尚不直接支持进程间通信，所以采用多进程的应用软件将不得不依赖于平台专属的应用程序接口（Application Program Interface，API）。鉴于此，本书专攻多线程并发，后文再提及并发，便假定采用多线程实现。

提到多线程代码，还常常用到一个词——并行。接下来，我们来厘清并发与并行的区别。