JAVA高并发(一)——了解并行世界

旧城等待， 2022-04-17 06:08 142阅读 0赞

最近不知道怎么了，感觉什么东西都需要画画图，梳理梳理思路、写写，而且每每晚上坐到自己的位置上，打开本书，打开篇文章，打开思维导图，打开onenote，再打开音乐，然后就开始静静理解着，梳理着，画图着，编写着……感觉心情也能平静下来。netty源码还需要多花点时间理解理解，周末再进行；今天开始把Java高并发多线程的知识也回顾整理一吧。

以前学习高并发多线程的过程，现在想想就是看知识点，怎么实现代码，很少去想为什么是这样，为什么会这样？而接下来，我希望能够通过思维导图，能够通过联想，能够通过关联，不断完善自己的知识网，使一些知识融入到自己的知识网中，达到牵一发动全身的效果。好，下边进入正题吧。

一，高并发多线程的由来：

[摩尔定律][Link 1] 大家应该都听说过，大致意思是：当价格不变时，集成电路上可容纳的元器件的数目，约每隔18—24月便会增加一倍，性能也将提升一倍。但是摩尔定律并不是一种自然法则或者物理定律，随着硬件技术的发展，一些高科技技术越来越难突破，摩尔定律在CPU的计算性能上可能慢慢失效。（一个人干活，随着干活的技巧、经验越来越丰富，这个人干活的效率越来越高，但是当这个人已经达到效率没法再有质的提高的时，怎么办？善假于物业，找人一块帮着干）。人类的智慧是无穷无尽的，当单核CPU的性能无法提高时，那就双核、四核、多核……让多个cpu一起帮着处理需求，这样高并发多线程就来了。（以前是硬件研发人员不断的提高自己要求自己，现在也督促着软件开发人员不停的提高自己要求自己了）。

二，高并发多线程的几个概念：

1，同步（Synchronous）和异步（Asynchronous）：方法调用一旦开始，调用者必须等到方法调用返回后，才能继续后续行为的属于同步；异步更像一个消息传递，一旦开始，方法就会立即返回，调用可以继续后续的行为。联想一下：TCP、UDP；打电话、发短信；RPC方法调用、MQ消息提供者消费者；单线程、多线程……

2，并发（Concurrency）和并行（Parallelism）：并行偏重两个或多个任务同时执行；并发偏重多个任务交替执行。都可以表示多个任务一起执行。单核CPU没法并行，只能并发，多个线程的不同任务，CPU交替执行（由于CPU执行效率特别高），看起来像”同时“执行，其实只是交替一起执行而已。

3，临界区（Critical region）：用来表示一种公共资源或者说是共享数据，可以被多个线程使用。例如：办公室的打印机，大家都可以使用，但是同一时间只能为一个员工服务，不能及打印员工A的又打印员工B的，那样应该就出问题了。我们临界区资源也是，一次被一个线程占用，其它线程只能排队，不能同时多个线程对其进行处理。这也就是我们经常说的共享资源在多线程的情况下需要加锁。

4，阻塞（Blocking）和非阻塞（Non-Blocking）:接着上边你说，如果临界区的资源被一个线程占用了 ，另一个线程只能等待，就会挂起也就是阻塞。

5，死锁（Deadlock）、饥饿（Starvation）和活锁（Livelock）：死锁：几个例子，做一件需要两个资源A、B，线程1拿到了A，线程2拿到了B，从而导致两个线程一直在等着彼此，像死循环一样，解不开；            饥饿：是指某一个或者多个线程因为种种原因无法获得所需的资源，导致一直无法执行，比如它的线程优先级可能太低，而高优先级的线程不断抢占它需要的资源；          活锁：是指线程1可以使用资源，但它很礼貌，让其他线程先使用资源，线程2也可以使用资源，但它很绅士，也让其他线程先使用资源。这样你让我，我让你，最后两个线程都无法使用资源。活锁不会被阻塞，而是不停检测一个永远不可能为真的条件。除去进程本身持有的资源外，活锁状态的进程会持续耗费宝贵的CPU时间。

三，并发级别：

阻塞（Blocking）——》无饥饿（Starvation-Free）——》无障碍（Obstruction-Free）——》无锁（Lock-Free）——》无等待（Wait-Free），并发级别依次变高。

四，有关并行的两个重要定律：

加速比定义：加速比 = 优化前系统耗时/优化后系统耗时。串行系统并行化后的加速比的计算公式和理论上限的公式定律：[Amdahl定律][Amdahl] ：当CPU处理器数量趋于无穷时，加速比与系统的串行化率成反比；例如如果系统中有50%的代码串行执行，那么系统的最大加速比为2；[Gustafson定律][Gustafson] ：如果串行化比例很小，并行化比例很大，那么加速比就是处理器的个数。  两者角度不同，一个从优化前执行时间、优化后执行时间，看cpu个数的影响，只有再有串行部分的情况下它是有上限的；二是从优化前执行时间、优化后执行总时间（并行的时间加起来），看cpu个数的影响，只要在串行部分足够小的情况下，是一直有优化空间的。一个是有上限，一个是我们可以不断提高的。

五，JMM的关键技术点都是围绕着多线程的原子性、可见性和有序性来建立的。

1，原子性（Atomicity）：是指一个操作是不可中断的。即使是在多个线程一起执行的时候，一个操作一旦开始，就不会被其他线程干扰。

2，可见性（Visibility）：是指当一个线程修改了某一个共享变量的值，其他线程是否能够立即知道这个修改。

3，有序性（Ordering）：jvm执行命令是由指令重排会打错一些多线程指令的执行顺序（指令重排可以保证串行语句一致，但是没有义务保证多线程间的语义也一直。具体的回头在JVM的总结中会详细说到），这里重点看下Happen-Before规则：

a，程序顺序原则：一个线程内保证语义的串行性；

b，volatile规则：volatile变量的写，先发生于读，这保证了volatile变量的可见性；

c，锁规则：解锁必然发生在随后的加锁前；

d，传递性：A优先于B，B优先于C，那么A必然优先于C；

e，线程启动规则：线程的start()方法优先于它的每一个动作；

f，线程终止规则：线程的所有操作优先于线程的终结；

g，线程中断规则：对线程interrupt()方法的调用先行发生于被中断线程的代码检测到中断时间的发生；

h，对象终结规则：对象的构造函数执行、结束先于finalize()方法。

好，这篇重要扯了扯闲篇，了解了一下高并发多线程下的一些概念名词。希望结合实际联想，构建并不断完善自己的知识网。好，初入高并发多线程、接下来继续……

[Link 1]: https://baike.baidu.com/item/%E6%91%A9%E5%B0%94%E5%AE%9A%E5%BE%8B/350634?fr=aladdin
[Amdahl]: https://baike.baidu.com/item/%E9%98%BF%E5%A7%86%E8%BE%BE%E5%B0%94%E5%AE%9A%E5%BE%8B/10386960?fr=aladdin&fromid=2935958&fromtitle=Amdahl%E5%AE%9A%E5%BE%8B
[Gustafson]: https://baike.baidu.com/item/Gustafson%E5%AE%9A%E5%BE%8B