18.1　引言/动机

在多线程（multithreaded, MT）编程出现之前，电脑程序的运行由一个执行序列组成，执行序列按顺序在主机的中央处理器（CPU）中运行。无论是任务本身要求顺序执行还是整个程序是由多个子任务组成，程序都是按这种方式执行的。即使子任务相互独立，互相无关（即，一个子任务的结果不影响其他子任务的结果）时也是这样。这样是不是有点不合逻辑？会不会想要并行运行这些相互独立的子任务呢？这样的并行处理可以大幅度地提升整个任务的效率。这就是多线程编程的目的。

多线程编程对于某些任务来说是最理想的。这些任务具有以下特点：它们本质上就是异步的，需要有多个并发事务，各个事务的运行顺序可以是不确定的、随机的、不可预测的。这样的编程任务可以被分成多个执行流，每个流都有一个要完成的目标。根据应用的不同，这些子任务可能都要计算出一个中间结果，用于合并得到最后的结果。

运算密集型的任务一般都比较容易分隔成多个子任务，可以顺序执行或以多线程的方式执行。单线程处理多个外部输入源的的任务就不是那么容易了。这种编程任务如果不用多线程的方式处理，则一定要使用一个或多个计时器来实现。

一个顺序执行的程序要从每个I/O（输入/输出）终端信道检查用户的输入时，程序无论如何也不能在读取I/O终端信道的时候阻塞。因为用户输入的到达是不确定的，阻塞会导致其他I/O信息的数据不能被处理。顺序执行的程序必须使用非阻塞I/O，或是带有计时器的阻塞I/O（这样才能保证阻塞只是暂时的）。

由于顺序执行的程序只有一个线程在运行。它要保证它要做的多任务，不会有某个任务占用太多的时间，而且要合理地分配用户的响应时间。执行多任务的顺序执行的程序一般程序控制流程都很复杂，难以理解。

使用多线程编程和一个共享的数据结构如Queue（本章后面会介绍的一种多线程队列数据结构），这种程序任务可以用几个功能单一的线程来组织。

  • UserRequestThread：负责读取客户的输入，可能是一个I/O信道。程序可能创建多个线程，每个客户一个，请求会被放入队列中。

  • RequestProcessor：一个负责从队列中获取并处理请求的线程，它为下面那种线程提供输出。

  • ReplyThread：负责把给用户的输出取出来，如果是网络应用程序就把结果发送出去，否则就保存到本地文件系统或数据库中。

把这种编程任务用多线程来组织可以降低程序的复杂度，并使得干净、有效和具有良好组织的程序结构实现变得可能。每个线程的逻辑都不会很复杂，因为它要做的事情很清楚。例如，UserRequestThread只是从用户或某个数据源读取数据，放到一个队列中，等待其他线程进一步的处理，等等，每个线程都有自己明确的任务。你只要设计好每个线程要做什么，并把要做的事做好就可以了。对某些任务使用线程跟亨利•福特制造汽车时使用的流水线模型有些相似。