寫(xiě)在前面

寫(xiě)【高并發(fā)專題】有一段時(shí)間了孙援，一些讀者朋友留言說(shuō)，并發(fā)編程很難扇雕，學(xué)習(xí)了很多的知識(shí)赃磨，但是在實(shí)際工作中卻無(wú)從下手。對(duì)于一個(gè)線上產(chǎn)生的并發(fā)問(wèn)題洼裤，又不知產(chǎn)生這個(gè)問(wèn)題的原因究竟是什么。對(duì)于并發(fā)編程，感覺(jué)上似乎是掌握了腮鞍，但是真正用起來(lái)卻不是那么回事值骇！

其實(shí)，造成這種現(xiàn)象的本質(zhì)原因就是沒(méi)有透徹的理解并發(fā)編程的精髓移国，而學(xué)好并發(fā)編程的關(guān)鍵是需要弄懂三個(gè)核心問(wèn)題：分工吱瘩、同步和互斥。

分工

比較官方的解釋為：分工就是將一個(gè)比較大的任務(wù)迹缀，拆分成多個(gè)大小合適的任務(wù)使碾，交給合適的線程去完成，強(qiáng)調(diào)的是性能祝懂。

如果你還不能夠理解什么是分工票摇，這里，我們可以做一個(gè)假設(shè)砚蓬。假設(shè)你是一個(gè)XXX上市公司的CEO矢门，你的工作是如何管理好你的公司。但是灰蛙，就如何管理好公司而言祟剔，涉及到的任務(wù)就比較多了，我們可以將其看做一個(gè)很大的任務(wù)摩梧，這個(gè)很大的任務(wù)物延，細(xì)看的話可以包括：人員招聘和管理、產(chǎn)品設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)仅父、運(yùn)營(yíng)和推廣叛薯、公司稅務(wù)等等。那細(xì)化后這么多的任務(wù)交給你一個(gè)人去做驾霜，想必你一定是崩潰的案训。即使你能夠挺住，估計(jì)你一個(gè)人把這所有的任務(wù)完成粪糙，那黃花菜也就涼了强霎！到時(shí)，估計(jì)你就會(huì)偷偷的躲在角落里唱“涼涼”了蓉冈。城舞。。

所以寞酿，如果你真的想管理好你的公司家夺，你就需要將這些任務(wù)分解，分工細(xì)化伐弹，將人員招聘和管理的任務(wù)交給人力資源部門(mén)去完成拉馋，將產(chǎn)品的設(shè)計(jì)交給設(shè)計(jì)部門(mén)去完成，將產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)交給開(kāi)發(fā)部門(mén)去完成，將運(yùn)營(yíng)和推廣交給運(yùn)營(yíng)和市場(chǎng)部門(mén)去完成煌茴，將公司稅務(wù)交給財(cái)務(wù)部門(mén)去完成随闺。此時(shí)，你的任務(wù)就是及時(shí)了解各個(gè)部門(mén)的工作情況蔓腐，統(tǒng)籌并協(xié)調(diào)各部門(mén)的工作矩乐，并思考如何規(guī)劃公司的未來(lái)。

其實(shí)回论，這里你將管理公司的任務(wù)拆解散罕、細(xì)化分工之后，你會(huì)發(fā)現(xiàn)傀蓉，其實(shí)各部門(mén)之間的工作是并行執(zhí)行的欧漱。比如：人力資源部門(mén)在管理員工的績(jī)效考核時(shí)，同時(shí)產(chǎn)品設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)部門(mén)正在設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)公司的產(chǎn)品僚害，與此同時(shí)硫椰，公司的運(yùn)營(yíng)正在和設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)溝通如何更好的完善公司的產(chǎn)品，而推廣部門(mén)正在加大力度宣傳和推廣公司的產(chǎn)品萨蚕。而財(cái)務(wù)部門(mén)正在統(tǒng)計(jì)和計(jì)算公司的各種財(cái)務(wù)報(bào)表等靶草。一切都是那么的有條不紊！

所以岳遥，安排合適的人去做合適的事情奕翔，在實(shí)際工作中是非常重要的。映射到并發(fā)編程領(lǐng)域也是同樣的道理浩蓉。如果將所有的任務(wù)交給一個(gè)線程執(zhí)行派继，就好比將公司的所有事情交給你一個(gè)人去做一樣。等到把事情做完了捻艳，黃花菜也涼了驾窟。所以，在并發(fā)編程中认轨，我們同樣需要將任務(wù)進(jìn)行拆解绅络，分工給合適的線程去完成。

在并發(fā)編程領(lǐng)域嘁字，還需要注意一個(gè)問(wèn)題就是：分工給合適的線程去做恩急。也就是說(shuō)，應(yīng)該主線程執(zhí)行的任務(wù)不要交給子線程去做纪蜒，否則衷恭，是解決不了問(wèn)題的。這就好比一家公司的CEO將如何規(guī)劃公司的未來(lái)交給一個(gè)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)人員去做一樣纯续，這不僅不能規(guī)劃好公司的未來(lái)随珠，甚至?xí)c公司的價(jià)值觀背道而馳灭袁。

在JavaSDK中的：Executor、Fork/Join和Future都是實(shí)現(xiàn)分工的一種方式牙丽。

同步

在并發(fā)編程中的同步简卧，主要指的是一個(gè)線程執(zhí)行完任務(wù)后，如何通知其他的線程繼續(xù)執(zhí)行烤芦，強(qiáng)調(diào)的是性能。

將任務(wù)拆分析校，并且合理的分工給了每個(gè)人构罗，接下來(lái)就是如何同步每個(gè)人的任務(wù)了。

假設(shè)小明是一名前端開(kāi)發(fā)人員智玻，他渲染頁(yè)面的數(shù)據(jù)需要等待小剛的接口完成遂唧，而小剛寫(xiě)接口又需要等待小李的服務(wù)開(kāi)發(fā)完成。也就是說(shuō)吊奢，任務(wù)之間是存在依賴關(guān)系的盖彭，前面的任務(wù)完成后，才能進(jìn)行后面的任務(wù)页滚。

對(duì)于實(shí)際工作中召边，這種任務(wù)的同步，大多數(shù)靠的是人與人之間的溝通裹驰，小李的服務(wù)寫(xiě)完了，告訴小剛幻林，小剛則馬上進(jìn)行接口開(kāi)發(fā)贞盯，等小剛的接口開(kāi)發(fā)完成后沪饺，又告訴了小明整葡，小明馬上調(diào)用接口將返回的數(shù)據(jù)渲染在頁(yè)面上掘宪。

這種同步機(jī)制映射到并發(fā)編程領(lǐng)域蛾扇，就是一個(gè)線程的任務(wù)執(zhí)行完畢之后，通知其他的后續(xù)線程執(zhí)行任務(wù)魏滚。

對(duì)于這種線程之間的同步镀首，我們可以使用下面的 if 偽代碼來(lái)表示。

<pre style="margin: 0px; white-space: pre-wrap; overflow-wrap: break-word; padding: 0px; list-style-type: none; list-style-image: none; font-family: "Courier New" !important; font-size: 12px !important;">if(前面的任務(wù)完成){
執(zhí)行當(dāng)前任務(wù)
}else{
繼續(xù)等待前面任務(wù)的執(zhí)行
}</pre>

如果為了更能夠及時(shí)的判斷出前面的任務(wù)是否已經(jīng)完成鼠次，我們也可以使用 while 偽代碼來(lái)表示更哄。

<pre style="margin: 0px; white-space: pre-wrap; overflow-wrap: break-word; padding: 0px; list-style-type: none; list-style-image: none; font-family: "Courier New" !important; font-size: 12px !important;">while(前面的任務(wù)未完成){
繼續(xù)等待前面任務(wù)的執(zhí)行
}
執(zhí)行當(dāng)前任務(wù)</pre>

上述偽代碼表示的意義是相同的：當(dāng)線程執(zhí)行的條件不滿足時(shí)芋齿，線程需要繼續(xù)等待，一旦條件滿足成翩，就需要喚醒等待的線程繼續(xù)執(zhí)行觅捆。

在并發(fā)編程領(lǐng)域，一個(gè)典型的場(chǎng)景就是生產(chǎn)者-消費(fèi)者模型麻敌。當(dāng)隊(duì)列滿時(shí)栅炒，生產(chǎn)者線程需要等待，隊(duì)列不滿時(shí)术羔，需要喚醒生產(chǎn)者線程赢赊；當(dāng)隊(duì)列為空時(shí)，消費(fèi)者線程需要等待级历，隊(duì)列不空時(shí)释移，需要喚醒消費(fèi)者。我們可以使用下面的偽代碼來(lái)表示生產(chǎn)者-消費(fèi)者模型寥殖。

• 生產(chǎn)者

<pre style="margin: 0px; white-space: pre-wrap; overflow-wrap: break-word; padding: 0px; list-style-type: none; list-style-image: none; font-family: "Courier New" !important; font-size: 12px !important;">while(隊(duì)列已滿){
生產(chǎn)者線程等待
}
喚醒生產(chǎn)者</pre>

• 消費(fèi)者

<pre style="margin: 0px; white-space: pre-wrap; overflow-wrap: break-word; padding: 0px; list-style-type: none; list-style-image: none; font-family: "Courier New" !important; font-size: 12px !important;">while(隊(duì)列為空){
消費(fèi)者等待
}
喚醒消費(fèi)者</pre>

在Java的SDK中玩讳，提供了一些實(shí)現(xiàn)線程之間同步的工具類，比如說(shuō)：CountDownLatch嚼贡、 CyclicBarrier 等熏纯。

互斥

同一時(shí)刻，只允許一個(gè)線程訪問(wèn)共享變量编曼，強(qiáng)調(diào)的是線程執(zhí)行任務(wù)的正確性豆巨。

在并發(fā)編程領(lǐng)域，分工和同步強(qiáng)調(diào)的是執(zhí)行任務(wù)的性能掐场，而線程之間的互斥則強(qiáng)調(diào)的是線程執(zhí)行任務(wù)的正確性往扔，也就是線程的安全問(wèn)題。如果多個(gè)線程同時(shí)訪問(wèn)同一個(gè)共享變量熊户，則可能會(huì)發(fā)生意想不到的后果萍膛，而這種意想不到的后果主要是由線程的可見(jiàn)性、原子性和有序性問(wèn)題產(chǎn)生的嚷堡。而解決可見(jiàn)性蝗罗、原子性和有序性問(wèn)題的核心，就是互斥蝌戒。

關(guān)于互斥串塑，我們可以用現(xiàn)實(shí)中的一個(gè)場(chǎng)景來(lái)描述：多個(gè)岔路口的車輛需要匯入一條道路中，而這條道路一次只能允許通過(guò)一輛車北苟，此時(shí)桩匪，車輛就需要排隊(duì)依次進(jìn)入路口。

Java中提供的synchronized友鼻、Lock傻昙、ThreadLocal闺骚、final關(guān)鍵字等都可以解決互斥的問(wèn)題。

例如妆档，我們以synchronized為例來(lái)說(shuō)明如何進(jìn)行線程間的互斥僻爽，偽代碼如下所示。

總結(jié)

并發(fā)編程旨在最大限度的利用計(jì)算機(jī)的資源贾惦，提高程序執(zhí)行的性能胸梆，這需要線程之間的分工和同步來(lái)實(shí)現(xiàn)，在保證性能的同時(shí)须板，又需要保證線程的安全乳绕，這就又需要保證線程之間的互斥性。而并發(fā)編程的難點(diǎn)問(wèn)題逼纸，往往又是由可見(jiàn)性、原子性和有序性問(wèn)題導(dǎo)致的济蝉。所以杰刽，我們?cè)趯W(xué)習(xí)并發(fā)編程時(shí)，一定要先弄懂線程之間的分工王滤、同步和互斥贺嫂。

寫(xiě)在最后

最后，附上并發(fā)編程需要掌握的核心技能知識(shí)圖雁乡，祝大家在學(xué)習(xí)并發(fā)編程時(shí)第喳，少走彎路。