掌握高并發(fā)、高可用架構(gòu)

第二課 并發(fā)編程

從本課開(kāi)始學(xué)習(xí)并發(fā)編程的內(nèi)容。主要介紹并發(fā)編程的基礎(chǔ)知識(shí)、鎖、內(nèi)存模型、線程池、各種并發(fā)容器的使用。

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第一節(jié) 并發(fā)基礎(chǔ)

并發(fā)編程 并發(fā)基礎(chǔ) 進(jìn)程 線程 線程通信

系統(tǒng)、包括操作系統(tǒng)的運(yùn)行是以CPU為核心的，各種數(shù)據(jù)操作都是在CPU中進(jìn)行的。所以要學(xué)習(xí)并發(fā)編程，必須要搞清楚和CPU的關(guān)系。

CPU簡(jiǎn)介

經(jīng)常說(shuō)CPU是4核8線程的，這個(gè)的意思是4個(gè)物理核心，每個(gè)物理核心虛擬出2個(gè)虛擬核心，也就是8個(gè)虛擬核心 。每個(gè)虛擬核心在一個(gè)時(shí)刻只能運(yùn)行一個(gè)線程。

進(jìn)程和線程

進(jìn)程的定義：程序被載入內(nèi)存并開(kāi)始準(zhǔn)備執(zhí)行，它就是一個(gè)進(jìn)程，也就是說(shuō)進(jìn)程是執(zhí)行中的程序代碼。進(jìn)程是資源分配和程序調(diào)度運(yùn)行的基本單位。

線程的定義：?jiǎn)蝹€(gè)進(jìn)程中執(zhí)行每個(gè)任務(wù)就是一個(gè)線程。線程是進(jìn)程中執(zhí)行運(yùn)算的最小單位。

一個(gè)線程只能屬于一個(gè)進(jìn)程，一個(gè)進(jìn)程可以擁有多個(gè)線程。多線程處理就是允許一個(gè)進(jìn)程中在同一時(shí)刻執(zhí)行多個(gè)任務(wù)（線程）。

CPU線程調(diào)度

大多數(shù)的應(yīng)用程序?yàn)榱颂岣咂鋱?zhí)行效率，而采用多線程模式。充分利用CPU的核心來(lái)實(shí)現(xiàn)高效率運(yùn)行。那是不是最大只能同時(shí)開(kāi)啟8個(gè)線程呢？如果想開(kāi)啟更多線程，可以嗎？CPU內(nèi)部該如何處理呢？

對(duì)于4核8線程的CPU來(lái)說(shuō)，如果只起8個(gè)線程，每個(gè)虛擬內(nèi)核都各自執(zhí)行一個(gè)線程，這是最簡(jiǎn)單的高效率利用方式。但是在實(shí)際使用時(shí)這是不可能的。首先，計(jì)算機(jī)硬件必須有操作才能運(yùn)行，而操作系統(tǒng)啟動(dòng)后在運(yùn)行過(guò)程中必不可少的要執(zhí)行各種任務(wù)；其次，個(gè)人運(yùn)行的程序也是要啟動(dòng)線程來(lái)執(zhí)行各種各樣的任務(wù)調(diào)度。所以，對(duì)于一臺(tái)電腦，不管是個(gè)人PC還是服務(wù)器，其真正運(yùn)行的線程肯定是多于CPU的內(nèi)核數(shù)的，那它是如何保證各個(gè)任務(wù)流暢運(yùn)行的呢？

這就是CPU的線程調(diào)度。采用一定的算法把CPU的使用權(quán)合理的分配給線程，使得任務(wù)執(zhí)行。

有兩種調(diào)度模型，分時(shí)調(diào)度和搶占式調(diào)度。

分時(shí)調(diào)度模型是指讓所有的線程輪流獲得CPU的使用權(quán)，并且平均分配每個(gè)線程占用的CPU時(shí)間片。

搶占式調(diào)度模型是指優(yōu)先讓運(yùn)行池中優(yōu)先級(jí)最高的線程占用CPU，如果優(yōu)先級(jí)相同，則隨機(jī)選擇一個(gè)線程來(lái)占用CPU。處于運(yùn)行中狀態(tài)的線程會(huì)一直運(yùn)行，直到它不得不放棄CPU。

JVM采用搶占式調(diào)度。

一個(gè)線程會(huì)因?yàn)橐韵略蚨艞塁PU：

1. JVM使其暫時(shí)放棄CPU，轉(zhuǎn)入就緒狀態(tài)
2. 阻塞
3. 執(zhí)行結(jié)束

串行、并行和并發(fā)

串行：是指多個(gè)任務(wù)，一個(gè)執(zhí)行完接著一個(gè)

并行：每個(gè)核心執(zhí)行一個(gè)任務(wù)，同一時(shí)刻多個(gè)任務(wù)同時(shí)執(zhí)行

并發(fā)：多個(gè)任務(wù)在單核心上執(zhí)行，同一時(shí)刻只有一個(gè)任務(wù)，系統(tǒng)不停的切換任務(wù)，看起來(lái)像是同時(shí)執(zhí)行，實(shí)際上是不停的切換

多核下的線程數(shù)量選擇

對(duì)于計(jì)算密集型任務(wù)，線程數(shù)量不宜過(guò)多，因?yàn)楸旧砣蝿?wù)就是高CPU利用率，線程多的話，會(huì)因?yàn)樯舷挛那袚Q而浪費(fèi)資源。對(duì)于IO密集型任務(wù)，比如磁盤IO和網(wǎng)絡(luò)IO，因?yàn)槿蝿?wù)是低CPU利用率，所以可以適當(dāng)多開(kāi)線程。