并發(fā)編程

最近在學(xué)習(xí)即刻時(shí)間王寶令老師的并發(fā)編程專欄，有一種醍醐灌頂?shù)母杏X(jué)。故對(duì)前四篇文章做個(gè)總結(jié)。

如何設(shè)計(jì)一個(gè)并發(fā)程序？

把并發(fā)編程抽象一層，你會(huì)發(fā)現(xiàn)當(dāng)你寫(xiě)一個(gè)并發(fā)程序的時(shí)候，干的就是三件事：

分工：考慮的事把一個(gè)任務(wù)拆解成多少個(gè)子任務(wù)分別分配給多少個(gè)線程做呢，比如說(shuō)采用并發(fā)的方式實(shí)現(xiàn)wordcount，那么我可能能把這個(gè)任務(wù)拆解成 1.對(duì)文件進(jìn)行切割 2.對(duì)這些不同的切割分別計(jì)算它們的所包含的詞的數(shù)量 3.把最后的結(jié)果輸出出來(lái)。
而這三類任務(wù)，1和3在主線程中做，2就由多個(gè)線程進(jìn)行并行執(zhí)行。

協(xié)作： 考慮的是任務(wù)啟動(dòng)的時(shí)機(jī)，最主要的就是任務(wù)之間的依賴關(guān)系，如同一個(gè)DAG一般，一個(gè)線程執(zhí)行完了一個(gè)任務(wù)，要通知哪些后續(xù)的任務(wù)的線程開(kāi)工。而對(duì)于上面的例子而言，主線程一邊做著1任務(wù)，切割了一個(gè)就啟動(dòng)一個(gè)線程干2任務(wù)，然后等所有的2任務(wù)干完了，主線程就可以干三任務(wù)。

線程安全（互斥）：分工同步考慮了程序的性能，但并發(fā)程序中準(zhǔn)確性問(wèn)題同樣至關(guān)重要。從任務(wù)具體執(zhí)行的角度上看，任務(wù)之間同樣可能不是說(shuō)能夠獨(dú)立運(yùn)行，因?yàn)樗麄兛赡芄蚕碇兞?，可能?huì)有變量的可見(jiàn)性，原子性，順序性的問(wèn)題。接著上面的例子，我們?cè)谌蝿?wù)2中用了一個(gè)共享變量count計(jì)算詞的總數(shù)，由于多個(gè)線程對(duì)count進(jìn)行操作，所以可能就需要對(duì)這個(gè)count采用原子的方式進(jìn)行修改，比如用鎖，用CAS等等。

并發(fā)編程.png

（我其實(shí)覺(jué)得協(xié)作互斥的名字起得不是很好，但我也沒(méi)有想到能夠簡(jiǎn)單表達(dá)意思的好名字，??。）

并發(fā)編程的問(wèn)題根源是啥子？

計(jì)算機(jī)在飛速發(fā)展，但核心矛盾仍然是CPU，內(nèi)存，磁盤的性能差距，形象點(diǎn)說(shuō)，CPU 是天上一天，內(nèi)存是地上一年；而如果內(nèi)存是天上一天，I/O 設(shè)備是地上十年。于實(shí)乎就有什么L1 L2等告訴緩存去均衡CPU與內(nèi)存的速度差距；就有對(duì)進(jìn)程，線程對(duì)CPU進(jìn)行分時(shí)復(fù)用，均衡CPU與I/O設(shè)備的差距；編譯程序優(yōu)化指令執(zhí)行次序，使得緩存能夠得到更加合理地利用。而這三方面的改進(jìn)，同時(shí)也引入了三方面的問(wèn)題，緩存的存在，數(shù)據(jù)的修改如何讓其他線程看見(jiàn)，可見(jiàn)性問(wèn)題；比如一個(gè)I++的操作，多個(gè)線程運(yùn)行，線程切換的時(shí)候，就可能導(dǎo)致這個(gè)i++操作停i變量的加載過(guò)程中，從而導(dǎo)致原子性問(wèn)題。指令順序的重排，導(dǎo)致其他線程不能以該線程的代碼順序做假定編寫(xiě)代碼。比如下面事例，線程二就不能因?yàn)榫€程一中i=10 是在isOutPut = true之前的，所以就認(rèn)為輸出的i一定是10。

//線程一
i = 10
isOutput = true;

//線程二
if(isOutput){
    System.out.println(i);
}

java內(nèi)存模型，能不能講的對(duì)程序員友好點(diǎn)？

什么java內(nèi)存模型，尤其是happens-before規(guī)則，一直以來(lái)我就感覺(jué)要么是廢話，要么不知道腫么用。王寶令老師給了一個(gè)特別對(duì)廣大程序員友好的解釋。因?yàn)榫彺鎸?dǎo)致了可見(jiàn)性問(wèn)題，因?yàn)橹噶钪嘏艑?dǎo)致了順序性問(wèn)題，那么我們是不是可以通過(guò)按需禁止緩存，按需禁止指令重排解決進(jìn)行解決呢。而java內(nèi)存模型正是規(guī)范了按需禁止緩存指令重排的方法。這些方法包括 volatile、synchronized 和final 以及happenbefore的六項(xiàng)規(guī)則。

happenbefore 影響的是順序性，和可見(jiàn)性語(yǔ)義

1. 在同一個(gè)線程中，前面的操作happens-before于后面操作。這個(gè)規(guī)則其實(shí)很顯然，但需要強(qiáng)調(diào)的是這并不是說(shuō)禁止指令重排。在i=10的后面，你都可以利用i=10這個(gè)信息，但如果你沒(méi)用，是不是說(shuō)我放到j(luò)=10后面執(zhí)行也ok呢。

i=10;
j=10;

2. volatile 變量規(guī)則 ， 對(duì)volatile變量的寫(xiě)操作 happens-before 對(duì)volatile變量的讀操作。這條規(guī)則好像和禁用緩存的效果是一致的， 所以對(duì)這條規(guī)則我一直有個(gè)問(wèn)題，就是首先這條規(guī)則無(wú)疑是針對(duì)一個(gè)線程寫(xiě)，另外的線程讀的場(chǎng)景的，那么我在寫(xiě)線程二的程序的時(shí)候，同樣還是有順序性問(wèn)題呀？

//線程一
i = 10 //操作1
volatile isOutput = true;//操作2

//線程二
if(isOutput){//操作3
    System.out.println(i);//操作4
}

然而我忽略了

3. 傳遞性規(guī)則如果 A Happens-Before B，且 B Happens-Before C，那么 A Happens-Before C。

有什么用呢？ 如果線程二if isOutput 為true了，那由規(guī)則2 操作2 happens-before 操作3，由規(guī)則一 操作3 happens-before 操作4，所以操作2 happens-before 操作4,同理可證 操作1happens-before 操作4。 簡(jiǎn)直棒呆。所以1，2，3規(guī)則結(jié)合起來(lái)用，也就說(shuō)明了volatile修飾變量的禁用緩存，禁用指令重排的語(yǔ)義。

4. 管程中的鎖規(guī)則
   對(duì)一個(gè)鎖的解鎖 Happens-Before 于后續(xù)對(duì)這個(gè)鎖的加鎖操作。

5. 線程start() 規(guī)則
   它是指主線程 A 啟動(dòng)子線程 B 后，子線程 B 能夠看到主線程在啟動(dòng)子線程 B 前的操作。

6. 線程join()規(guī)則
   主線程A等待子線程B運(yùn)行完后，主線程A能夠看到子線程B的操作。