并发编程中的几个名词概念

Posted 2020-09-19

现在，高并发，高流量已成为行业的热点，并且各种高并发的技术也是层出不穷，如论是官方文档还是市面上的各种书籍，我们在阅读的时候都会遇到一些专业名词，理解这些专业名词之后，才能更好的理解内容。

一、同步与异步

介绍：

同步和异步通常来形容一次方法调用。

解释一：同步方法调用一旦开始，调用者必须等到方法的调用返回后，才能继续后续的行为。异步方法调用更像一个消息传递，一旦开始，方法调用就会立即返回，调用者可以继续后续的操作。

解释二：同步就是指一个进程在执行某个请求的时候，若该请求需要一段时间才能返回信息，那么这个进程将会一直等待下去，直到收到返回信息才继续执行下去。异步是指进程不需要一直等下去，而是继续执行下面的操作，不管其他进程的状态。当有消息返回时系统会通知进程进行处理，这样可以提高执行的效率。

画图解释：

现实场景

毕业季，需要写毕业论文，中午到饭点了，我们需要补充能量吃饭，怎么解决呢？这时有两个选择：

1. 出门就餐：出门去食堂或者去快餐店就餐，这时你可能需要点餐，等师父烹饪，等服务员上菜，然后就餐，等你吃完之后你才可以回去继续毕业论文的书写。

2. 点卖外：通过外卖平台订购外卖，在等外卖送来的过程中，你可以继续书写论文或做其他的事。

 出宿舍就餐就是一个同步方法的过程，两件事的执行时间是顺序连着的；点外卖就是一个异步的过程，两件事的执行时间是并行异步的。

 二、并发和并行

介绍

解释一：并行是指两个或者多个事件在同一时刻发生；而并发是指两个或多个事件在同一时间间隔发生。

解释二：并行是在不同实体上的多个事件，并发是在同一实体上的多个事件。

解释三：在一台处理器上“同时”处理多个任务，在多台处理器上同时处理多个任务。如hadoop分布式集群

并发偏重于多个任务交替执行，而多个任务之间有可能还是串行的。而并行是真正意义上的“同时执行”。

严格意义上来说，并行的多个任务是真实的同时执行的，而对于并发来说，这个过程只是交替的，一会儿执行A，一会儿执行B，系统会不停的在两者之间切换。但对于外部观察者来说，即使多个任务之间是串行并发的，也会造成多任务间是并行执行的错觉。

实际上，如果系统内只有一个CPU，而使用多进程或者多线程任务，那么真实环境中这些任务不可能是真实并行的，毕竟一个CPU一次只能执行一条指令，这种情况下多进程或者多线程就是并发，而不是并行（操作系统会不停切换多个任务）。真实的并行也只可能出现在拥有多个CPU的系统中（比如多核CPU）。

画图解释：

现实场景

爬山，国内一般在相对较高的名山，为照顾游客都会提供两种方式登山：一种是游客自己凭借双腿，另一种就是借助缆车。

1. 游客自己凭借双腿登山：游客自己凭双腿登山的时候，一般都是走走停停，一是为了歇息，还有就是停下来看风景，因为不停下来，是没有办法专心看风景的，登山的过程中，需要注意脚下、注意安全。登山和看风景是交替并发执行的。这就是一个并发的过程。

2. 借助缆车：游客花点钱，坐缆车游玩登山，这时我们可以不必走走停停，也不需要关注脚下。我们可以一边往山顶移动，一边欣赏沿途的风景。登山和看风景是两件同时进行的事情。这就是一个并行的过程。

三、临界区

介绍

临界区用来表示一种公共资源或者说是共享数据，可以被多个线程使用。但是每一次只能有一个线程使用它，一旦临界区资源被占用，其他线程要想使用这个资源，就必须等待。

画图解释

 

现实场景

打印机，我们工作的时候肯定会经常用到打印机，打印机就是一个临界区的最好例子。一台打印机一次只能执行一个任务，如果 A 和 B 同时需要打印文件，很显然，如果 A 先发下打印的任务，打印机就开始打印 A 的文件。B 的任务就只能等待 A 打印结束之后才能打印。

四、阻塞和非阻塞

阻塞和非阻塞通常形容多线程之间的相互影响。比如一个线程占用了临界区资源，那么其他所有需要这个资源的线程就必须在这个临界区中进行等待。等待会导致线程挂起，这种情况就是阻塞。此时，如果占用资源的线程一直不愿意释放资源，那么其他所有阻塞在这个临界区上的线程都不能工作。

当我们使用synchronized关键字，或者重入锁时（后续会有文章详细的介绍Java中锁的分类），我们得到的就是阻塞的线程。无论是synchronized或者重入锁，都会试图在执行后续代码前，得到临界区的锁，如果得不到，线程就会被挂起等待，直到占有了所需资源为止。

非阻塞允许多个线程同时进入临界区 。

五、死锁，饥饿，活锁

死锁，饥饿和活锁都属于多线程的活跃性问题。如果发现上述几种情况，那么相关线程可能就不再活跃，也就说它可能很难再继续往下执行了。

死锁：所谓死锁，是指两个或两个以上的进程在执行过程中，由于竞争资源或者由于彼此通信而造成的一种阻塞的现象，若无外力作用，它们都将无法推进下去。此时称系统处于死锁状态或系统产生了死锁，这些永远在互相等待的进程称为死锁进程。

例如，如果线程1锁住了A，然后尝试对B进行加锁，同时线程2已经锁住了B，接着尝试对A进行加锁，这时死锁就发生了。线程1永远得不到B，线程2也永远得不到A，并且它们永远也不会知道发生了这样的事情。为了得到彼此的对象（A和B），它们将永远阻塞下去。这种情况就是一个死锁。

借助《实战Java高并发程序设计》中的图：

A、B、C、D四辆小车在这种情况下都无法继续行驶了。他们彼此之间相互占用了其他车辆的车道，如果大家都不愿意释放自己的车道，那么这个状态将永远的维持下去，谁都不可能通过。

饥饿： 饥饿是指某一个或者多个线程因为种种原因无法获得所需要的资源，导致一直无法执行。 

产生这种情况的原因是多种的，可能是它的线程优先级太低，而高优先级的线程不抢占它需要的资源，导致低优先级线程无法工作。也可能是某个线程一直占着关键资源不放，导致其他需要这个资源的线程无法正常执行。

活锁：活锁指的是任务或者执行者没有被阻塞，由于某些条件没有满足，导致一直重复尝试，失败，尝试，失败。

活锁可以认为是一种特殊的饥饿。

列举现实生活中的一个例子：一条狭窄的道路，A 和 B 迎面相遇了，缘分使然，A绅士的想让出道路让B先过，这时B也保持良好的淑女形象想让出道路让A先过，导致两人都避让了；两人尴尬一笑，之后A想着B既然让了，就准备先过，巧的是，这时B心里也想着，A既然让了，不如先过，两人又撞上了；然后又开始礼貌性的相互避让，避让之后各自又想先走结果又撞上了，结果两人都没过去。这种情况就是活锁。

线程都秉承着"谦让"的原则，主动将资源释放给他人使用，那么就会出现资源不断在两个线程之间跳动，而没有一个线程可以同时拿到所有资源而正常执行。

 

参考书籍：《实战Java高并发程序设计》，《Java并发编程的艺术》