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Java并发编程中很重要的概念以及并发级别解析

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Java后端技术
2017.04.02 13:28* 字数 1625

一、并发和并行

并发和并行是两个很容易被混淆的概念。并发强调的是多个任务交替执行,而并行指的是多个任务真正的同时执行。如果操作系统只有一个CPU一个核心,而使用多进程或者多线程任务,那么其中的任务是不可能并行执行的,一个CPU一个核心只能执行一条指令。那为什么从表面上看是同时执行的呢?这是因为操作系统会不停的切换CPU资源,分配CPU时间给不同的任务使得多个任务像是同时执行,这种情况其实是并发执行的。真正的并行执行也只可能出现在多CPU多核心的操作系统中。还记得前面《JVM垃圾收集算法和垃圾收集器原理》一文中说的垃圾收集器吗?其中Parallel Scavenge和CMS两个收集器分别是并行执行和并发执行的,PS收集器工作时会暂停用户线程,而CMS收集器则是和用户线程并发执行的。

二、阻塞和非阻塞

在此之前,先了解一下什么叫做临界区,临界区就是访问共享资源的边界。比如进入synchronized同步块时,synchronized就是边界。阻塞和非阻塞一般用来形容多线程之间的影响,如果一个线程占用了临界区内的共享资源,那么其余的全部线程都将阻塞在临界区之外,等待线程退出临界区。非阻塞表示着,没有任何线程可以妨碍当前线程的执行。

三、同步调用和异步调用

同步和异步一般是用来形容一次方法或者接口的调用。同步调用表示着,一旦开始调用,调用者必须等待方法返回才能继续执行。而异步调用不需要等待方法的返回就可以继续执行,整个过程不会阻塞调用者。异步操作的方法一般是放在一个单独的线程或者提交到一个线程池去执行。

四、活锁、饥饿和死锁

活锁指的是多个线程相互谦让,主动释放资源给其他线程用,而导致都没有线程真正的执行任务。生活中的例子也有很多,比如,当你骑自行车在路上的时候,迎面也骑来一辆自行车,你们都秉承着相互谦让的原则主动避让对方,你往左骑避让对方,对方也刚好向右骑希望避让你,结果距离越来越近,最终不得不刹车。但在多线程当中,如果出现了这种情况,就没有人这么智能了,很可能永无休止的谦让下去。

饥饿指的是一个线程因为某种原因导致一直没有获得CPU资源而无法执行, 比如,线程优先级太低,高优先级的线程抢占着资源一直疯狂执行,而导致低优先级的线程一直没有机会执行。

而死锁是很悲观的情况,两个线程中各占有着自己的资源,但同时又要得到对方的资源才行继续往下执行。例如:线程T1占有A锁并需要得到B锁才能执行,线程T2占有B锁并需要得到A锁才能继续执行。因此两个线程造成了死锁都卡在那了。现实生活中,如果吃饭必须得有筷子和碗,但是呢,你两个弟弟都抢着要吃饭,一个占着碗不放,一个占着筷子不放...最后要干架了!

五、并发级别

并发级别主要分为阻塞、无饥饿、无障碍、无锁、无等待几种。如果一个方法是阻塞的,那么在其他线程释放资源之前,当前线程就无法继续执行,无论是使用关键字synchronized还是重入锁,都会在执行前得到临界区资源,如果无法得到资源就会被挂起等待,直到得到资源为止。

如果线程之间是有优先级的,那么系统在调度的时候总是会先满足高优先级的线程,也就是说,同一个资源对于不同的线程是不平等的,它允许高优先级线程插队,但如果是平等的,不管新来的优先级有多高,要想获得资源,就必须排队。

如果说阻塞是一种悲观的并发级别,多个线程之间很有可能发生冲突,从而导致数据的不一致,那么无障碍就是一种乐观的并发级别,它认为,多个线程之间很有可能不发生冲突,无障碍的一种实现是依赖一个可靠的一致性标记,当线程执行前先读取并保存这个标志,执行完成后再读取并检查这个标志是否被修改过,如果被修改就回滚当前操作,之后继续重试,如果没被修改,那么就修改该标志。

无锁都是无障碍的,在无锁的情况下,典型的特点就是无穷的循环和重试,线程会不断的尝试修改共享资源,如果没有冲突,则修改成功。否则就继续重试修改。

无等待的典型特点是对数据的读不加控制,所有的读操作都是无等待的,它们不会被锁定也不会引发冲突,因为不存在写的情况。但是它们在写数据的时候先读取数据的副本,接着修改副本数据,之后在合适的时机回写数据。

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