并发编程学习思考-如何学习并发编程?

什么是并发

并发,在操作系统中,是指一个时间段中有几个程序都处于已启动运行到运行完毕之间,且这几个程序都是在同一个处理机上运行,但任一个时刻点上只有一个程序在处理机上运行。

并发编程的优点,我们为什么需要它

并发可以带来性能上的提升

• 提升对CPU的使用效率

提升访问I/O时CPU的利用率：当一个线程要在网上下载一些东西的时候,这个线程将处于阻塞状态,这时CPU就不会再为这个线程分配CPU时间了,而其他进程可以不受任何影响地获得CPU时间。反过来如果没有使用并发,当前面的指令申请I/O资源的时候,整个进程就被挂起了,即使CPU处于空闲状态后面的指令也不能被执行。

• 降低系统的响应时间

并发编程缺点

1. 并发代码容易出错,不好调试,很容易产生概率性的、难以复现的Bug
2. 线程有创建和上下文切换的开销(实验表明,当并发执行累加操作不超过百万次时,速度会比串行执行累加操作要慢)

什么是并发编程

并发编程领域可以抽象成三个核心问题：分工、同步和互斥

• 分工

从性能角度讲,我们为了提高执行一定计算机任务的效率,所以IO等待的时候不能让cpu闲着,所以我们把任务拆分交替执行，有了分时操作系统,出现了并发,后来cpu多核了又有了并行计算。

• 同步 分工以后我们为了进一步提升效率和更加灵活地达到目的,所以我们要对任务进行组织编排,也就是对线程组织编排。于是线程之间需要通信,于是操作系统提供了一些让进程,线程之间通信的方式。
• 互斥

但是事物总不是完美的。并发和通信带来了较高的编程复杂度,同时也出现了多线程并发操作共享资源的问题。于是天下大势,分久必合，我们又要将对共享资源的访问串行化。所以我们根据现实世界的做法设计了了锁,信号量等等来补充这套体系

总结起来就是,并发编程本质是分工工作(多线程),因为分工工作带来了通信问题(不同线程之间通信),通信带来了安全问题(Java多线程通信使用的是共享变量模型),为了解决通信带来的安全性问题,我们引入了互斥

如何学好并发编程

• 方法论层面：

1. 「跳出来，看全景」三个核心问题：分工、同步和互斥
2. 「钻进去，看本质」JSR-133

• 构建并发领域全景图 稍微了解过并发领域知识的人都知道,里面的知识点、概念多而散：线程安全、锁、同步、异步、阻塞、非阻塞、死锁、队列(为什么并发要跟队列扯上关系)、闭锁、信号量、活锁等等。如果单个去学这些知识点,单个去练习，如果没有「主线」,后期很容易忘,所以需要有一条主线,俗话说的好,做每件事情都是由点到线由线到面.
• 性能 什么是并发的核心点那,我们回顾一下我上面的问题,为什么需要并发,答案是:并发可以带来[性能]上的提升,所以现在我们并发只需要想两个字 [性能],其它的细节,再去慢慢拓展
• 分工|任务

1. 并发本质是 cpu 在快速的进行时间片切换,每个时间片对应着执行的[任务]
2. 并发编程就是对任务的抽象、拆解、分工执行,我们Java程序员熟悉的线程模型,只是其中的一种模型,还有多进程、协程。Java使用的是多线程模型,对应到具体的代码就是:Thread,Runnable,Task,执行任务有：Exectors

• 协作|通信| 互斥 引出了线程,我们势必存在着多线程通信问题,多个线程操作同一个变量造成的安全性问题如何解决那?,也不难想到,锁是非常直接的方式(Monitor原理),
• 思考| 扩展 但是只用锁,势必会造成性能损耗,也违背了我们并发的本质[性能],所以如果一遇到并发问题,就直接上锁,倒也没有什么大问题,可是追求性能是人类的天性。计算机大师就在思考.能不不加锁也能实现并发.还不容易出错，于是就有了:CAS、copy-on-write等技术思想,这就是实现了「无锁」并发;
• 统一模型 通过思考我们发现 如果要实现一个好的并发编程,我们需要思考和准备很多东西,如果以上这些个东西,都需要每个程序员自己去弄.然后自己保证正确性,那程序员真累死了,哪还有时间、精力创造这么多美好的应用！于是,计算机大师又开始思考,能不能抽象出统一「模型」,可能这就有了类似于「Java内存模型」(JSR-133)这样的东西

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