Java 高并發(fā) 繼續(xù)學(xué)習(xí) part1_A

本系列博客筆記源于煉數(shù)成金教程而寫的筆記

開始前必須清楚知道以下幾點(diǎn)：
一、關(guān)于高并發(fā)的幾個重要概念
1.1 線程是什么：是操作系統(tǒng)能夠進(jìn)行運(yùn)算調(diào)度的最小單位，在Java中線程是提供給開發(fā)者的實(shí)現(xiàn)并發(fā)機(jī)制的一種有效手段，而多個線程可以產(chǎn)生于一個進(jìn)程。即線程是進(jìn)程的一個單位
1.2 進(jìn)程是什么：進(jìn)程是系統(tǒng)在執(zhí)行某個程序關(guān)于數(shù)據(jù)集合上的一次活動，是計算機(jī)在進(jìn)行資源分配和調(diào)度的基本單位，是操作系統(tǒng)的基本執(zhí)行實(shí)體。
1.3 同步、異步概念：同步、異步即是方法調(diào)用時線程或者是進(jìn)程在執(zhí)行時的方式，那么有什么不同之處？同步：調(diào)用方法時等待方法的返回。異步：調(diào)用方法會即刻返回，但是這里返回并不是指方法執(zhí)行任務(wù)已經(jīng)完成，異步的機(jī)制就是調(diào)用的同時在后臺另起線程繼續(xù)執(zhí)行任務(wù)。

1.4 并行與并發(fā)：
并發(fā)與并行在外在表象來看是一樣的。但是實(shí)際執(zhí)行的步驟并非一樣，并行是指兩個任務(wù)同時進(jìn)行，而并發(fā)是指兩個任務(wù)，一會兒執(zhí)行A任務(wù)，一會兒執(zhí)行B任務(wù)。ps: 所以這里如果是單核(也就是單個CPU)是不能做并行任務(wù)的，只能做并發(fā)任務(wù)。

1.5 臨界區(qū)：臨界區(qū)用來表示一種公共的資源(或者說是公共的數(shù)據(jù))，可以被多個線程使用，但是每一次只能有一個線程使用它，一旦這個臨界區(qū)被占用，其他線程將無法使用這個資源，要想使用就必須等待。

1.6 阻塞與非阻塞
阻塞和非阻塞通常形容多線程之間的相互影響。比如一個線程占用了臨界區(qū)資源，那么其他線程要想得到這個資源就必須在這個臨界區(qū)中進(jìn)行等待，等待會導(dǎo)致線程掛起，這種情況就是阻塞。同時如果占用這個資源的線程一直不愿意釋放這個資源，那么其他阻塞在這個臨界區(qū)上的線程將都不能工作。
非阻塞是允許多個線程同時進(jìn)入這個臨界區(qū)，但是這樣一來并不能保證共享數(shù)據(jù)的安全。
1.7 死鎖、饑餓、活鎖
死鎖：通常是指兩個或者兩個以上的進(jìn)程在執(zhí)行過程中，由于競爭資源或者由于彼此通訊而造成的一種阻塞現(xiàn)象，若此間無外力干涉，它們將都無法繼續(xù)執(zhí)行下去，此時稱系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)或系統(tǒng)產(chǎn)生死鎖。

雖然死鎖是不好的現(xiàn)象，但是它是一個靜態(tài)的問題，一旦發(fā)生死鎖，進(jìn)程被卡，cpu的占有率也是0，它并不會占用住CPU，它會被調(diào)用出去。相對于活鎖來說比較好發(fā)現(xiàn)和分析。
活鎖：是指事務(wù)A可以使用資源，但是它在檢測到其他事務(wù)也將執(zhí)行時會讓其他事務(wù)先使用此資源，事務(wù)B可以使用此資源，但是它也檢測到其他事務(wù)將執(zhí)行所以也讓其他事務(wù)先使用此資源，于是兩者都處于謙讓狀態(tài)，都無法使用此資源。
（舉個例子，就如同你在街上遇到個人，剛好他朝著你的反方向走，與你正面碰到，你們都想讓彼此過去。你往左邊移，他也往左邊移，兩人還是無法過去。這時你往右邊移，他也往右邊移，如此循環(huán)下去。

一個線程在取得了一個資源時，發(fā)現(xiàn)其他線程也想到這個資源，因為沒有得到所有的資源，為了避免死鎖把自己持有的資源都放棄掉。如果另外一個線程也做了同樣的事情，他們需要相同的資源，比如A持有a資源，B持有b資源，放棄了資源以后，A又獲得了b資源，B又獲得了a資源，如此反復(fù)，則發(fā)生了活鎖。

活鎖會比死鎖更難發(fā)現(xiàn)，因為活鎖是一個動態(tài)的過程。）ps:原文抄自煉數(shù)成金?。。?/p>

饑餓：是指某一個或者多個線程因為種種原因無法獲取得到所需要的資源，導(dǎo)致一直無法執(zhí)行。

1.8 并發(fā)級別：阻塞、非阻塞(分為無障礙、無鎖、無等待)

1.8.1 阻塞：上文講到當(dāng)一個線程進(jìn)入臨界區(qū)后，其他線程必須等待，此狀態(tài)稱為阻塞

1.8.2 無障礙
無障礙時一種最弱的非阻塞調(diào)度
自由出入臨界區(qū)
無競爭時，有限步內(nèi)完成操作
有競爭時，回滾數(shù)據(jù)
和非阻塞調(diào)度相比呢，阻塞調(diào)度是一種悲觀的策略，它會認(rèn)為說一起修改數(shù)據(jù)是很有可能把數(shù)據(jù)改壞的。而非阻塞調(diào)度呢，是一種樂觀的策略，它認(rèn)為大家修改數(shù)據(jù)未必把數(shù)據(jù)改壞。但是它是一種寬進(jìn)嚴(yán)出的策略，當(dāng)它發(fā)現(xiàn)一個進(jìn)程在臨界區(qū)內(nèi)發(fā)生了數(shù)據(jù)競爭，產(chǎn)生了沖突，那么無障礙的調(diào)度方式則會回滾這條數(shù)據(jù)。(上文提到即共享數(shù)據(jù)不安全)

在這個無障礙的調(diào)度方式當(dāng)中，所有的線程都相當(dāng)于在拿去一個系統(tǒng)當(dāng)前的一個快照。他們一直會嘗試拿去的快照是有效的為止。
1.8.3 無鎖
是無障礙的
保證有一個線程可以勝出
與無障礙相比，無障礙并不保證有競爭時一定能完成操作，因為如果它發(fā)現(xiàn)每次操作都會產(chǎn)生沖突，那它則會不停地嘗試。如果臨界區(qū)內(nèi)的線程互相干擾，則會導(dǎo)致所有的線程會卡死在臨界區(qū)，那么系統(tǒng)性能則會有很大的影響。
同時無鎖增加了一個新的條件，保證每次競爭有一個線程可以勝出，則解決了無障礙的問題。至少保證了所有線程都順利執(zhí)行下去。
無鎖在Java中很常見
while (!atomicVar.compareAndSet(localVar, localVar+1))
{
localVar = atomicVar.get();
}
1.8.4 無等待
無鎖的
要求所有的線程都必須在有限步內(nèi)完成
無饑餓的
首先無等待的前提是無鎖的基礎(chǔ)上的，無鎖它只保證了臨界區(qū)肯定有進(jìn)也有出，但是如果進(jìn)的優(yōu)先級都很高，那么臨界區(qū)內(nèi)的某些優(yōu)先級低的線程可能發(fā)生饑餓，一直出不了臨界區(qū)。那么無等待解決了這個問題，它保證所有的線程都必須在有限步內(nèi)完成，自然是無饑餓的。
無等待是并行的最高級別，它能使這個系統(tǒng)達(dá)到最優(yōu)狀態(tài)。
無等待的典型案例：

如果只有讀線程，沒有線線程，那么這個則必然是無等待的。

如果既有讀線程又有寫線程，而每個寫線程之前，都把數(shù)據(jù)拷貝一份副本，然后修改這個副本，而不是修改原始數(shù)據(jù)，因為修改副本，則沒有沖突，那么這個修改的過程也是無等待的。最后需要做同步的只是將寫完的數(shù)據(jù)覆蓋原始數(shù)據(jù)。

由于無等待要求比較高，實(shí)現(xiàn)起來比較困難，所以無鎖使用得會更加廣泛一些。PS:抄自練數(shù)成金