并发模型 精华一页纸

1、并发模型一般有两类

阻塞方式 – 通过加锁来实现资源并发

非阻塞方式 - 系统原语实现

I、死锁 VS 活锁

死锁线程相互等待资源，导致无法执行

活锁线程相互谦让资源，导致无法执行 -- 饥饿场景，一直都抢不到资源

活锁可以解开，而死锁无法自动解开

II、自旋锁 VS 互斥锁

自旋锁一般用在多核，当抢占不到资源时，自旋锁会一直再轮询抢占锁；而互斥锁，抢占不到时，线程会休眠，等待唤醒。

从效率上看，自旋锁没有线程切换，效率要高，但一直占用CPU也会对资源浪费。所以，对于长时间占用，单核的这些还是使用互斥锁；多核，非常短时间占用的，则使用自旋锁效率高点

java8 提供了 StampedLock 自旋锁

其中非 阻塞方式(不使用锁)，由于高性能和高并发，最近几年越来越被推崇。

III、无干扰（obstruction-free）

IV、无锁（lock-free）

最典型的无锁用法，就是 CAS ，java并发集合中提供了大量的CAS 基础的操作

ABA 问题

主要是线程T1 把 A 操作了 B，又操作回了A， 线程 T2 在第一次读取时，读取的是A，第二次读的是 更改后的A，这样 CAS 操作就是ABA问题。

对于普通的系统基本类型，这没有什么问题，但对于 复杂的数据结构就可能有影响了。

非常类似 数据库事务中的 幻读，两次操作之间，范围没有变，但再中间插入了记录(或者删除了数据)

V、无等待（wait-free）

VI、synchronized vs volatile

volatile 只有可见性，即任何线程的修改可以看到；synchronized 保证可见性和操作原子性。

一个常见的比较 volatile 修饰 引用类型，和 AtomicReference 的区别：

AtomicReference 能够保证里面所有的 域 同时刷新，被其他线程看到；而volatile 修饰的引用多个域 操作不能保证同时被处理，如果域数据之间有依赖就会出现问题

2、线程工作模式

I、并行工作者模式

一个主线程负责派发，多个线程接受派发任务。传统的多线程模型都是基于此，java的并发包大多也是这个模式。

优点：可以方便的增加和减少工作者。

缺点：

a、存在共享资源的抢夺，导致多个线程交互的复杂度和效率的下降。解决的方法：

A> 非阻塞并发方式

比如 java的 Future，把阻塞的方法改成了非阻塞的方法（本质上是交给另一个线程去执行）

B> 可持久化数据结构

这里的可持久化数据结构是指一些 不可变的对象，在函数式编程语言比较常见，在Java中对应的比如 String，CopyOnWriteArrayList

b、工作线程的顺序未知

为了协调线程间的顺序，java并发包中提供了很多资源控制项，比如CountDownLatch/CycleBarrier/Semphore

II、流水线模式

流水线模式也称为反应器/事件驱动模式；使用流水线模式，最有名的就是tomcat；还有akka事件框架（spark调度使用）；Netty的 EventLoops

一般使用非阻塞IO来实现，非阻塞IO本质上是一个用空间(代码逻辑复杂度)换时间(IO)的策略，节省了大量阻塞IO模式下等待的过程。以网络通讯来说，多个端口注册到一个selector上，由这个selector去轮询，这样只需要一个线程无需切换，有两个功效：

○、多个IO时可以在一个线程里处理，处理完一个，可以接着处理下一个，向流水线一样，这些IO可以是类似观察者，通过回调函数去派发，也可以直接写在代码里面

○、因为在一个线程里，这个流水线没有和其他线程共享数据，所以数据是线程安全的，这和并行工作者有很大不同

a、actors 模式

AKKA框架

b、CSP 模式