并发编程的一些概念

墨蓝 2022-07-14 23:20 196阅读 0赞

## 并发与并行 ##

并发和并行是相关的概念，但是有一些小的差别。并发意味着即使两个或多个任务可能不同时执行，两个或更多任务也正在取得进展。这可以例如通过时间分割来实现，其中部分任务按顺序执行并与其他任务的部分混合。并行，另一方面出现时，执行才能真正同步。

## 异步与同步 ##

如果调用方在方法返回值或引发异常之前无法进展，则方法调用被认为是同步的。另一方面，异步调用允许调用者在有限数量的步骤之后进行，并且方法的完成可以通过一些额外的机制（可能是已注册的回调，未来或消息）发信号通知。

同步API可能使用阻塞来实现同步，但这不是必需的。一个非常耗费CPU的任务可能会产生与阻塞相似的行为。一般来说，最好使用异步API，因为它们保证系统能够进步。参与者本质上是异步的：一个参与者可以在发送消息之后进行，而不用等待实际的交付发生。

## 非阻塞与阻塞 ##

我们讨论阻塞如果一个线程的延迟可以无限期延迟其他一些线程。一个很好的例子就是一个可以被一个线程排他性使用的资源。如果一个线程无限期地持有资源（例如意外运行一个无限循环），等待资源的其他线程无法进行。相反，非阻塞意味着没有线程可以无限期地延迟其他线程。

非阻塞操作比阻塞操作更受欢迎，因为系统的整体进展在包含阻塞操作时并不能得到平常的保证。

## 死锁vs饥饿vs活锁 ##

当几个参与者相互等待达到一个特定的状态才能够进步时，会出现死锁。如果没有其他参与者达到某个特定状态（“Catch-22”问题），所有受影响的子系统都将停滞不前。死锁与阻塞密切相关，因为参与者线程必须能够无限期地延迟其他线程的进程。

在死锁的情况下，没有参与者可以取得进展，相反，当有参与者可以取得进展时，饥饿发生，但可能有一个或多个参与者不能进展。典型的场景是一个的调度算法，它总是选择高优先级的任务而不是低优先级的任务。如果进来的高优先级任务的数量一直很高，那么不会有低优先级任务完成。

活锁指的是线程不断重复执行相同的操作，但每次操作的结果都是失败的。尽管这个问题不会阻塞线程，但是程序也无法继续执行。

单一实体的活锁

例如线程从队列中拿出一个任务来执行，如果任务执行失败，那么将任务重新加入队列，继续执行。假设任务总是执行失败，或者某种依赖的条件总是不满足，那么线程一直在繁忙却没有任何结果。

协同导致的活锁

生活中的典型例子： 两个人在窄路相遇，同时向一个方向避让，然后又向另一个方向避让，如此反复。

## 竞争条件 ##

当两个或以上的线程对同一个数据进行操作的时候，可能会产生“竞争条件”的现象。这种现象产生的根本原因是因为多个线程在对同一个数据进行操作，此时对该数据的操作是非“原子化”的，可能前一个线程对数据的操作还没有结束，后一个线程又开始对同样的数据开始进行操作，这就可能会造成数据结果的变化未知。

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