05、类单线程（单线程扩展，无共享状态，负载分配，线程通信）

类单线程是这样一种并发模型，它把一个单线程系统扩展到N个单线程系统，结果是N个单线程系统并行运行。

类单线程系统不是纯粹的单线程系统，因为它包含多个线程。但是，每个线程都像单线程系统一样运行。因此称之为类单线程而不是单线程。

为什么要用单线程系统？

你可能好奇，为什么时至今日还有人会设计单线程系统。单线程系统之所以受欢迎，是因为其并发模型比多线程系统简单得多。单线程系统不与其他线程共享任何状态（对象/数据）。这使得单线程能够使用非并发数据结构，并更好地利用CPU和CPU缓存。

然而，单线程系统没有充分利用现代CPU。一个现代的CPU通常会有2，4，6，8或更多个核心。每个核心都作为一个单独的CPU运行。单线程系统只能使用其中一个核心，如下所示：

类单线程：单线程的扩展

为了充分利用CPU中的所有核心，可以扩展单线程系统来利用整个计算机。

每个CPU一个线程

类单线程系统通常在计算机的每个CPU中运行一个线程。如果一台计算机包含4个CPU，或者一个CPU有4个内核，那么正常情况下会运行类单线程系统的4个实例（4个单线程系统）。下图显示了这一原理：

无共享状态

类单线程系统看起来类似于传统的多线程系统，因为类单线程系统中有多个线程在运行。但两者有一个微妙的区别。

类单线程系统与传统多线程系统的区别在于，类单线程系统中的线程不共享状态。既不存在用于线程间并发访问的共享内存，也不存在用于线程间共享数据的并发数据结构等。这种差异可用下图说明：

摒弃了共享状态就使得每个线程都表现的像是一个单线程系统。然而，由于类单线程系统可以包含多个单线程，因此它实际上不是“单线程系统”。由于没有更好的名称，我发现将这样的系统称为类单线程系统比称之为“具有单线程设计的多线程系统”更准确。类单线程这个名字更容易说，也更容易理解。

类单线程基本上意味着数据处理停留在同一个线程内，并且类单线程系统中没有线程同时共享数据。有时这也被称为无共享状态并发，或分离状态并发。

负载分配

显然，类单线程系统需要在运行的单线程实例之间共享工作负载。如果只有一个线程分配了工作，系统实际上是单线程的。

如何在线程之间分配负载取决于系统的设计。我将在下面的章节中介绍一些内容。

单线程微服务

如果系统由多个微服务组成，则每个微服务都可以在单线程模式下运行。当你在同一台计算机上部署多个单线程微服务时，每个微服务可以在单独的CPU上运行一个线程。

微服务本质上不共享任何数据，因此对于类单线程系统来说，微服务是一个很好的用例。

分片数据服务

如果你的系统确实需要共享数据，或者至少需要一个数据库，那么你可以对数据库进行分片。分片意味着数据被分成多个数据库。数据通常被分割，以便所有相互关联的数据都位于同一个数据库中。例如，所有属于某个“所有者”实体的数据都将插入到同一个数据库中。不过，切分数据超出了本教程的范围，因此你需要自己搜索有关该主题的教程。

线程通信

类单线程系统中的线程通过消息传递进行通信。如果线程A想向线程B发送消息，线程A可以通过生成一个消息（字节序列）来实现。然后线程B可以复制并读取该消息（字节序列）。线程B通过复制消息的方式，确保它在读取消息时线程A无法修改该消息。消息一旦复制，线程A就无法访问该消息的拷贝了。
通过消息传递进行的线程通信如下所示：

只要适合你的系统，线程可以通过队列、管道、unix套接字、TCP套接字等进行通信。