并发同步知多少

2016-02-28 10:50:49 | 来源：玩转帮会 | 投稿：佚名 | 编辑：dations

原标题：并发同步知多少

　　找工作的时候是否经常看到要求有高并发，分布式系统的开发设计经验，或者高并发，分布式系统的开发设计经验者优先等字样，这时候情不自禁的搜索一下什么是并发，多少算高并发，再思索一下自己的经历哪些是符合这个要求的？那么什么是并发，开发中的并发是怎么处理的，简单了解一下吧。

在介绍并发之前我们先了解一下串行和并行:

热闹的景点,买票人很多，这时只有一个窗口售票，大家排队依次买票就可以理解为串行。

排队人太多了，旁边又加开了几个窗口，多人在不同的窗口同时买票可以理解为并行。

如果只能开一个窗口，这时好多着急的人围上来，有问价格的，有掏钱的，又有取票的，在这个过程中售票员在同时应对多个买票人，可以理解为并发。

我们经常在计算机上一边听歌一边写文档(或者处理其他的事情)，这就是一种并发行为，表面看两个程序是同时进行，为什么不是并行呢？计算机只有一个CPU所以只能支持一个线程运行。有人拍砖说:我家里计算机是多核CPU可以同时支持多个线程运行，确实是这样，为此我也特地去百度了一下有如下几点认知:

1、虽然是多核CPU但是，系统总线，内存是共用的，在加载内存数据时仍然需要串行访问。

2、目前的程序设计语言仍然是过程型开发，没有和好的方法能自动的切割任务使并行计算。

3、操作系统在线程调度时随着内核的增加复杂性递增，目前最多支持8核

所以基于以上认知，我们在讨论并发和同步这个问题时仍然按照CPU单核来讨论。

那么计算机是如何做到一边播放歌曲一边支持文档编辑呢？操作系统会把CPU的执行时间划分微妙级别的时间片段，每一个时间片内去调度一个线程执行，多个线程不断的切换执行，因此在人类可感知的时间段(秒级)内线程是同时执行的，所以多个线程在某个时间段内的同时执行就是并发。

串行、并行和并发如下图所示:

互联网应用基本上都是支持多用户多请求同时访问服务器端的，所以互联网应用都是支持并发的，那么高并发的主要困难是什么呢？操作系统会给每个线程分配独立的内存空间和时间片，所以线程间是隔离的。但是如果线程访问线程外的内存空间，文件系统，输入输出设备，数据库或者其他存储设备时就会发生照片竞争，共享照片的访问必须串行，保证串行访问照片的机制就是同步，JAVA中经常使用的同步机制有synchronized关键字,java.util.concurrent.locks.Lock系列类。

　　同步的场景有以下几种：

　　1、线程获取同步锁，获取失败则阻塞等待

　　适用场景:

　　a、同步获取序列号生成器，当有其他线程获取序列号时，其他线程等待

　　java代码实例:

public class SynchronizedProcessor implements Processor {
    /* (non-Javadoc)
     * @see com.sunhaojie.test.thread.Processor#process(java.lang.String)
     */
    public void process(String name) {
        System.out.println(String.format("%s开始处理,当前时间是%d", name, 
System.currentTimeMillis()));
        synchronized (this) {
            System.out.println(String.format("%s获得锁%s", name, 
this.toString()));
            try {
                System.out.println(String.format("%s开始sleep", name));
                Thread.sleep(1000);
                System.out.println(String.format("%s结束sleep", name));
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        System.out.println(String.format("%s释放锁%s", name, 
this.toString()));
        System.out.println(String.format("%s结束处理,当前时间是%d", name, 
System.currentTimeMillis()));
    }
}

　　2、线程获取同步锁，获取失败结束

　　适用场景:

　　a、定时任务，前一个处理线程未完成时，新线程不能获取锁则直接结束

　　java代码示例:

public class LockFailCloseProcessor implements Processor {
    private static Lock lock = new ReentrantLock();
    /* (non-Javadoc)
     * @see com.sunhaojie.test.thread.Processor#process(java.lang.String)
     */
    public void process(String name) {
        System.out.println(String.format("%s开始处理,当前时间是%d", name, 
System.currentTimeMillis()));
        if (lock.tryLock()) {
            System.out.println(String.format("%s获得锁%s", name, 
this.toString()));
            try {
                System.out.println(String.format("%s开始sleep", name));
                Thread.sleep(1000);
                System.out.println(String.format("%s结束sleep", name));
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            lock.unlock();
            System.out.println(String.format("%s释放锁%s", name, 
this.toString()));
        } else {
            System.out.println(String.format("%s没有获得锁直接退出", 
name));
        }
        System.out.println(String.format("%s结束处理,当前时间是%d", name, 
System.currentTimeMillis()));
    }
}

　　3、线程获取同步锁后，因为其他照片不满足暂时释放同步锁，等待唤醒

　　适用场景:

　　a、即使通讯中，发送者获取同步锁发现队列写满时，释放锁等待接收者读取数据

　　java代码示例:

public class SynchronizedWaitWriteProcessor implements Processor {
    /**
     * 是否可读标记,false:不可读，可写 true:可读，不可写
     */
    public static int maxSize = 5;
    public static List<String> content = new ArrayList<String>();
    /* (non-Javadoc)
     * @see com.sunhaojie.test.thread.Processor#process(java.lang.String)
     */
    public void process(String name) {
        System.out.println(String.format("%s开始处理,当前时间是%d", name, 
System.currentTimeMillis()));
        synchronized (content) {
            System.out.println(String.format("%s获得锁%s", name, 
this.toString()));
            try {
                if (content.size() == maxSize) {
                    System.out.println(
String.format("%s临时释放锁%s", name, this.toString()));
                    content.wait();
                }
                System.out.println(
String.format("%s开始写入信息", name));
                Random random = new Random();
                for (int i = 0; i < maxSize; i++) {
                    content.add(
String.format("写入信息%d", random.nextInt(1000)));
                }
                System.out.println(
String.format("%s结束写入信息", name));
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            content.notify();
        }
        System.out.println(String.format("%s释放锁%s", name, 
this.toString()));
        System.out.println(String.format("%s结束处理,当前时间是%d", name, 
System.currentTimeMillis()));
    }
}

　　4、线程获取同步锁后，因为其他照片不满足结束线程

　　适用场景:

　　a、即使通讯中，接收者获取同步锁发现队列无数据时，释放锁结束线程

　　java代码示例:

public class SynchronizedWaitReadProcessor implements Processor {
    /* (non-Javadoc)
     * @see com.sunhaojie.test.thread.Processor#process(java.lang.String)
     */
    public void process(String name) {
        System.out.println(String.format("%s开始处理,当前时间是%d", name, 
System.currentTimeMillis()));
        synchronized (SynchronizedWaitWriteProcessor.content) {
            System.out.println(String.format("%s获得锁%s", name, 
this.toString()));
            if (SynchronizedWaitWriteProcessor.content.size() 
!= 0) {
                System.out.println(
String.format("%s开始读出信息", name));
                for (int i = 0; 
i < SynchronizedWaitWriteProcessor.content.size(); i++) {
                    System.out.println("读出信息:" + SynchronizedWaitWriteProcessor.content.get(i));
                }
                System.out.println(
String.format("%s结束读出信息", name));
            }
            SynchronizedWaitWriteProcessor.content.notify();
        }
        System.out.println(String.format("%s释放锁%s", name, 
this.toString()));
        System.out.println(String.format("%s结束处理,当前时间是%d", name, 
System.currentTimeMillis()));
    }
}

　　最后送上运行以上程序的main方法和Processor 接口类:

public interface Processor {
    public void process(String name);
}
public class ThreadTest {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        //测试SynchronizedProcessor
        //        Processor processor = new SynchronizedProcessor();
        //        for (int i = 0; i < 10; i++) {
        //            ProcessorThread threadProcessor = 
new ProcessorThread("name" + i, processor);
        //            threadProcessor.start();
        //        }
        //测试LockProcessor
        //        Processor processor = new LockProcessor();
        //        for (int i = 0; i < 10; i++) {
        //            ProcessorThread threadProcessor = 
new ProcessorThread("name" + i, processor);
        //            threadProcessor.start();
        //        }
        // Processor processor = new LockFailCloseProcessor();
        // for (int i = 0; i < 10; i++) {
        // ProcessorThread threadProcessor = 
new ProcessorThread("name" + i,
        // processor);
        // threadProcessor.start();
        // }
        Processor readProcessor = new SynchronizedWaitReadProcessor();
        ProcessorThread readThreadProcessor = 
new ProcessorThread("read", readProcessor);
        readThreadProcessor.start();
        Processor writeProcessor = new SynchronizedWaitWriteProcessor();
        ProcessorThread writeThreadProcessor = 
new ProcessorThread("write", writeProcessor);
        writeThreadProcessor.start();
        Thread.sleep(100);
        ProcessorThread read2ThreadProcessor = 
new ProcessorThread("read2", readProcessor);
        read2ThreadProcessor.start();
    }
}

　　多线程可以大大提高性能，但是多线程的同步又增加了应用的复杂性，是否能平衡多线程的性能和复杂性是是否有高并发经验的要求。

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