多線程概念

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多線程概念
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在 Operating system 的學科中有提到：
Program
Process
Thread
至於他們之間的關係呢？筆者可以舉一個實際的例子：
不論是我們平常撰寫的程式碼，或是大眾常使用的 APP, 瀏覽器...等等，都可以稱為 Program 。
當我們開啟應用程式時，作業系統會將它載入到 RAM 當中，此時位於 RAM 待執行/執行中的程式稱為 Process 。
Process 的五種狀態
而每個獨立的 Process 都有自己的管理員，叫做： PCB (process control box) 。
PCB 負責管理 Process 的狀態、程式計數器、CPU 暫存器、 CPU 排程資訊...等。
實際上，作業系統會管理 PCB，而 PCB 會負責管理 Process 。現在假設 Process A 需要 Process B 幫忙處理其他事情：
1.PA 被中斷或是等待 System Call
2.PA 的相關狀態會全部存取到 PCB A
3.PCB A 會將資源與 PCB B
4.PB 載入 PCB B 的資源
5.執行 PB
程序堵塞的狀況
以瀏覽器為例，我們都知道 JS 引擎其實只有單一執行緒。因此，當開發者因設計錯誤產生無窮迴圈，抑或是產生太多的任務將 JS 的執行序列卡住，都會造成網頁沒有任何回應，像是：按下傳送按鈕沒有回應、SPA 無法換頁...等等。
注意：是網頁沒有任何回應，不是瀏覽器沒有回應唷！
雖然 JS 引擎是單一執行緒，但是它還是透過了聰明的設計、配合瀏覽器 API 做到非同步處理。
以 Chrome 瀏覽器為例，我們在瀏覽器上面執行下列程式碼：
(function(){
  console.log('start');
	setTimeout(()=>{console.log('done!')};,5000);
	console.log('Waiting for 5s...');
})();	
程式碼執行時，上面的程式碼會被一一讀取，並且將有需要處理的任務放到 Stack 當中：
1. console.log('start');被放到 Stack 中並且被即時處理。
2. setTimeout(()=>{console.log('done!')}) 被放到 Stack 中，因為該 API 由瀏覽器實作，所以將計時任務丟到 web api 處理。
3. console.log('Waiting for 5s...'); 被放到 Stack 中並且被即時處理。
4.等待 web api 計時 5 秒，將 console.log('done!') 丟到 queue 中。
5.stack 已經沒有任務待處理， event loop 將 queue 的任務放到 stack 中。
6. console.log('done!') 完成處理。
知識點： Stack 與 Queue​
它們都是一種資料結構，與 Array 很像，可以存放多筆資料，不同的是， Queue 為 FIFO ， Stack 為 FILO 。
什麼是多執行緒 (Multi-threads)
剛剛介紹了 Process 以及 Program ，至於 Thread 呢？
Thread 就是負責將 Process 完成的那位要角。一個 Process 是可以分配多個 Thread 去執行任務的，考慮實際應用面，我們以 Server 程式為例：
當前端程式像後端程式發起請求，若使用多線程開發，這時 Process 就可以去分派多個 Thread 去處理不同的使用者請求，以防止單執行緒時會有程序堵塞的狀況。
 回到正題， 多執行緒的應用有很多好處，像是：
響應快，不像單一執行緒會因為單一執行緒停擺造成應用程式崩潰。
資源的分享、使用較 Process 容易、少。
擴展性好：在多處理器架構下，可以做到平行處理。
聰明的讀者可能會問：
單核心處理器能做到多線程嗎？
可以，當然可以，哪次不可以。
我們可以利用分時多工的概念讓單核心支持多線程，不過因為本系列文並不是作業系統原理概論，所以就先不一ㄧ介紹啦。
總結
筆者會在 Deno Workers 之前特別獨立一篇文章說明 CS 領域的學科原理，不外乎是希望讀者不要只學會如何使用工具，身為技術人應該要努力理解技術背後的原理。
當我修了資料結構、演算法以及作業系統後，開始發現我們日常使用的應用程式或是開發者用到的 Library, Tool, Framework 都大量使用了相關知識。
確實，不懂 Queue 跟 Stack 也可以寫出商業邏輯。但我認為學習相關知識後不管是在撰寫程式碼、閱讀原始碼時都會有更多不同的感受。
延伸閱讀
同樣的事情在不同人眼中可能會有不同的見解、看法。
在讀完本篇以後，筆者也強烈建議大家去看看以下文章，或許會對型別、變數宣告...等觀念有更深層的看法唷！
​所以說event loop到底是什麼玩意兒？| Philip Roberts | JSConf EU​
​PJ 大的筆記​
​OS作業系統學習 系列文​
該系列文是 OS 原文書的相關心得，至於筆者為何知道呢？因為當初在修 OS 準備期中期末考時，我都會混搭該系列文惡補 XDD 因此在這邊推薦給各位讀者！
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Last modified 1yr ago
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