并发编程学习(1) —— 并发是什么

た入场券 2022-03-15 16:48 273阅读 0赞

## 什么是并发 ##

CPU,内存，I/O三者之间读写的速度有很大的差异（CPU>>内存>>I/O），CPU的速度是远远大于内存和I/O，因此当CPU的指令执行完时，内存和I/O还在执行，这时CPU就出现空闲状态，效率低下。为了能够提高性能，就把执行的任务进行拆分多个片段，当等待某个片段执行完时，可以先处理其他未执行的片段。**就好比当你正在吃饭时，突然来了电话，由于吃饭这个过程比较久，你就可以先不吃饭，去把电话接听完再回来继续吃饭。**

## 并发的主要三个问题 ##

并发主要抽象为三个核心问题，同步、互斥、分工，下面逐个介绍：

## 1.分工 ##

分工就好比一个项目组共同做一个模块，你就是项目经理，为每个人都分配一个任务，性能是否高效取决与分工是否合理，若你让一个经验不足的组员去担当高难度且复杂的问题，效率肯定不高。  
在并发领域里也有相应的设计模式，例如生产者-消费者模式，Thread-Per-Message, WorkerThread都是用来指导如何分工。JDK中也有分工方法，例如Executor、Fork/Join、Future。

## 2.互斥 ##

在并发编程中，如果多个线程同时操作一个共享变量，那么就会出现不确定性的结果，这时候就需要**线程安全**，互斥指的是同一个时刻，只运行一个线程访问共享变量。为了解决这个问题，就出现了锁，也就是java中的**synchronized**，不过添加了锁意味着性能降低，因为每次只能一个线程访问，因此为了提高性能，SDK提供了ReadWriteLock、StampedLock， 除此之外，JAVA中有一些其他的方案，变量不允许修改，例如final、Thread Local、Copy-on-Write。

## 3.同步 ##

分工已经做好了，就要到执行的阶段，有些任务是相互依赖的，当这个任务没完成，后续任务就无法开启。那么当任务完成后如何通知后续任务开启，这个就是我们所说的同步，即**当一个线程执行完任务时如何通知执行后续任务的开工**，也就是线程间的协作问题。JAVA SDK中有很多分工方法，例如Executor、Fork/Join、Future，这三个方法既能分工，又能解决线程协作的问题。除了这三个方法外，还有CountDownLatch、CyclicBarrier Phaser、Exchanger这些都可以用来解决线程协作问题。上面提到的技术都是利用**管程**来解决，因此理解管程模型是非常非常重要的，因为**管程是解决并发问题的万能钥匙**。

下面是我整理的一个全景图：  
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