### 9.3.3 多線程編程的應用 線程原本是操作系統中的概念，是操作系統用于實現系統功能的工具。現在線程已演變成為用戶程序可使用的工具，廣泛用于應用程序設計。 多線程技術主要用于需要并發執行的場合。例如在很多游戲程序中，都需要維持一個動畫場景，而玩家可以通過鼠標或鍵盤來輸入操作指令，控制游戲的進行。假如程序只有一個 控制流，則當程序執行到等待用戶輸入指令的時候，由于用戶輸入較慢（相對 CPU 速度來 說），程序無法向前繼續執行語句，因而無法更新動畫畫面，效果上動畫就停頓了。如果將 等待用戶輸入的任務和維持動畫的任務用兩個線程來獨立實現，則可解決這個問題。 上述例子其實具有一般性。如果在一個長時間計算任務（維持動畫）期間需要對輸入輸 出事件（鼠標或鍵盤指令）做出反應，單線程程序是不行的，因為程序會阻塞在長時間計算 任務上，沒有機會來檢查輸入輸出。而如果用一個線程來執行這個長時間計算任務，并讓另 一個線程監控輸入輸出事件，兩個線程的并發執行就可以使應用程序在執行計算任務的同時 能對用戶輸入作出反應。如圖 9.2 所示。  圖 9.2 多線程的應用 此外，在科學計算中，很多數值算法都可以并行化，如矩陣的并行計算、線性方程組的 并行求解、偏微分方程的并行求解和快速傅里葉變換的并行算法等等。這時可以為每個處理 器建立一個線程，從而高效地進行計算。 雖然多線程技術有很多用途，但掌握多線程編程有點難度，即使對職業程序員也是如此。 例如，多線程技術涉及所謂競態條件（race condition），即因為未曾預料到的、對事件之間 相對時序的嚴重依賴而導致的異常行為。具體例子如：兩個客戶同時登錄訂票網站，都看到 某航班還剩一個座位，于是都下單預定該座位，最終必然會因為誰先來后到而引起糾紛。如 果兩人是在售票點排隊購票（串行執行）就沒有這個問題。因此，多線程程序與串行程序是 不同的，需要分析并協調各線程間的復雜的執行時序，這導致編程和調試都很困難。 多線程程序中，由于各線程是相互獨立的，它們的并發執行沒有確定次序可言，因此線 程是一種非確定性的計算模型，同一個程序的多次執行未必導致同樣的結果。所以，多線程 計算模型不具有串行計算模型的可理解性、可預測性和確定性性質，使用時要非常小心。