1. CPU与内核

CPU中文全称中央处理器，拥有一个或多个运算内核，所有的计算、接受/存储命令、处理数据等都由CPU的内核处理。

简单来说，一个CPU具有一或多个内核，而指令的执行是由其中的某个内核处理的。

2. 并发与并行

• 并发：两个及两个以上的作业在同一 时间段 内执行（期间某一时刻并不是同时在执行的）；
• 并行：两个及两个以上的作业在同一 时刻 内执行。

• [并发] 家庭主妇做饭、打扫卫生、给孩子喂奶，她一个人轮流 交替 做这三件事情，这就是并发；
• [并发 + 并行] 家庭主妇雇佣了一个保姆，保姆与主妇 一起 且 交替 做这三件事情（会产生竞争，例如锅只有一口，一个人用锅的时候，另一个人就只能等待）；
• [并行] 家庭主妇雇佣了两个保姆，主妇负责喂奶，保姆1负责做饭，保姆2负责打扫卫生，三人 一起 工作且 互不干扰。

首先先讲讲时间片的概念：

时间片简单地理解为是一段 操作系统分配给某个线程的占用某个内核的时间。若「线程A」抢到了「内核①」的「时间片1」，意味着在这段时间内，「线程A」将独享「内核①」。

2.1. 并发（Concurrent）

从宏观的角度看是并行的（因为时间片很短，大约是15ms，人能感知的时间段大约为100ms，而100ms内CPU进行了若干次上下文切换，人很难感知这样的差距）；

从微观的角度看是串行的（因为实际上是在交替执行串行计算，而并非是真正意义上的同时运算）

当 内核数 < 线程数 时，就会有并发的情况。

在 同个时间段内 将这些线程的任务都完成，内核根据各线程抢占的时间片，交替执行 不同线程中的指令流。换言之，其中的某一时刻必定存在 不执行的线程。

下图以 单核双线程 为例进行说明：

2.2. 并行

当 内核数 > 线程数时，就会有并行的情况。

并行就是真正意义上的 同时执行，在其中的任一一个时刻，这些线程都是同时被执行的。

3. 线程间的上下文切换

上图中有一个「上下文切换」的过程，这里做个简单介绍：

• [什么是上下文] 线程执行时的运行条件与状态，比如当前的程序计数器信息、局部变量表信息以及线程栈信息等。
• [什么时候发生上下文切换] 当出现以下任意一个情况，线程就会从占有CPU状态中退出，即发生上下文切换：
  • 主动让出CPU，比如调用了sleep()或wait()等；
  • 当前时间片消耗完毕（上文中提到的就是这种情况）；
  • 调用了阻塞类型的系统中断，比如请求IO，线程被阻塞；
  • 被终止或结束运行。

据此，可以总结：线程的上下文切换是指CPU内核的上下文（某个线程在某一时刻的运行条件与状态）发生了变换。

4. 效率提升

• 单核CPU下，多线程并不能提高效率（反而还因为频繁的上下文切换而影响了效率），但是能让CPU在不同的线程进行切换，不至于让某个线程始终独占CPU而导致其他线程无法执行；
• 多核CPU下并行跑多个线程，通常情况下都能显著提升效率。

参考资料

[文章] 内核和CPU之间有什么关系？

[文章] javaGuide - 说说并发与并行的区别

[视频] 并发和并行概念

[文章] 什么是上下文切换

[视频] 线程应用-提升效率-小结