并发编程的基本理解

ゞ浴缸里的玫瑰 2023-05-31 07:30 8阅读 0赞

本文来自《Java并发编程实战》的引言，主要介绍了应该如何学习并发编程，以及并发编程的总结归纳。更多文章查看：[Java并发学习记录总目录][Java]

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并发出现的主要目的是为了提高整个系统的性能。并发编程不是一门独立的学科，我们在学习的时候要做到两点，一个是“**跳出来，看全景**”，另一个是“**钻进去，看本质**”。

### **跳出来，看全景** ###

由于并发编程相关的知识和技术很多，我们在学习的时候要建立一张全景图，总的来说，并发编程领域可以抽象成三个核心问题：**分工、同步和互斥**。

**1、分工**

分工指的是如何高效地拆解任务并分配给线程，它直接决定了并发程序的性能。Java SDK 并发包里的 Executor、Fork/Join、Future 本质上都是一种分工方法。并发编程领域还总结了一些设计模式，基本上都是和分工方法相关的，例如生产者 - 消费者、hread-Per-Message、Worker Thread 模式等都是用来指导你如何分工的。

**2. 同步**

同步指的是线程之间如何协作，在项目执行过程中，任务之间是有依赖的，一个任务结束后，依赖它的后续任务就可以开工了。在并发编程领域里的同步，主要指的就是线程间的协作，本质上和现实生活中的协作没区别，不过是一个线程执行完了一个任务，如何通知执行后续任务的线程工而已。

协作一般是和分工相关的。Java SDK 并发包里的 Executor、Fork/Join、Future 本质上都是分工方法，但同时也能解决线程协作的问题。例如，用 Future 可以发起一个异步调用，当主线程通过 get() 方法取结果时，主线程就会等待，当异步执行的结果返回时，get() 方法就自动返回了。主线程和异步线程之间的协作，Future 工具类已经帮我们解决了。除此之外，Java SDK 里提供的 CountDownLatch、CyclicBarrier、Phaser、Exchanger 也都是用来解决线程协作问题的。

工作中遇到的线程协作问题，基本上都可以描述为这样的一个问题：**当某个条件不满足时，线程需要等待，当某个条件满足时，线程需要被唤醒执行。**Java 并发编程领域，解决协作问题的核心技术是**管程**，上面提到的所有线程协作技术底层都是利用管程解决的。管程是一种解决并发问题的通用模型，除了能解决线程协作问题，还能解决下面我们将要介绍的互斥问题。可以这么说，**管程是解决并发问题的万能钥匙**。

**3. 互斥**

分工、同步主要强调的是性能，互斥强调的是安全（线程安全）。由于并发出现问题的主要原因是可见性问题、有序性问题和原子性问题，为了解决这三个问题，Java 语言引入了内存模型，但是还不足以完全解决线程安全问题。解决线程安全问题的核心方案还是互斥。

**所谓互斥，指的是同一时刻，只允许一个线程访问共享变量。**

实现互斥的核心技术就是锁，Java 语言里 synchronized、SDK 里的各种 Lock 都能解决互斥问题。虽说锁解决了安全性问题，但同时也带来了性能问题，那如何保证安全性的同时又尽量提高性能呢？可以分场景优化，Java SDK 里提供的 ReadWriteLock、StampedLock 就可以优化读多写少场景下锁的性能。还可以使用无锁的数据结构，例如 Java SDK 里提供的原子类都是基于无锁技术实现的。

除此之外，还有一些其他的方案，原理是不共享变量或者变量只允许读。这方面，Java 提供了 Thread Local 和 final 关键字，还有一种 Copy-on-write 的模式。

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2NoZW56ejI1NjA_size_16_color_FFFFFF_t_70][] 来自《Java并发编程实战》引言

** 钻进去，看本质**

但是光跳出来还不够，还需要下一步，就是在某个问题上钻进去，深入理解，找到本质。**工程上的解决方案，一定要有理论做基础。**比如，看到一些概念和结论时，去分析概念和结论的来源。一般的技术背后都有对应的理论模型。

[Java]: https://blog.csdn.net/chenzz2560/article/details/102712193
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