并发同步知多少

找工作的时候是否经常看到要求有高并发,分布式系统的开发设计经验,或者高并发,分布式系统的开发设计经验者优先等字样,这时候情不自禁的搜索一下什么是并发,多少算高并发,再思索一下自己的经历哪些是符合这个要求的?那么什么是并发,开发中的并发是怎么处理的,简单了解一下吧。

        在介绍并发之前我们先了解一下串行和并行:
        热闹的景点,买票人很多,这时只有一个窗口售票,大家排队依次买票就可以理解为串行。
        排队人太多了,旁边又加开了几个窗口,多人在不同的窗口同时买票可以理解为并行。
        如果只能开一个窗口,这时好多着急的人围上来,有问价格的,有掏钱的,又有取票的,在这个过程中售票员在同时应对多个买票人,可以理解为并发。
        我们经常在计算机上一边听歌一边写文档(或者处理其他的事情),这就是一种并发行为,表面看两个程序是同时进行,为什么不是并行呢?计算机只有一个CPU所以只能支持一个线程运行。有人拍砖说:我家里计算机是多核CPU可以同时支持多个线程运行,确实是这样,为此我也特地去百度了一下有如下几点认知:
        1、虽然是多核CPU但是,系统总线,内存是共用的,在加载内存数据时仍然需要串行访问。
        2、目前的程序设计语言仍然是过程型开发,没有和好的方法能自动的切割任务使并行计算。
        3、操作系统在线程调度时随着内核的增加复杂性递增,目前最多支持8核
        所以基于以上认知,我们在讨论并发和同步这个问题时仍然按照CPU单核来讨论。
        那么计算机是如何做到一边播放歌曲一边支持文档编辑呢?操作系统会把CPU的执行时间划分微妙级别的时间片段,每一个时间片内去调度一个线程执行,多个线程不断的切换执行,因此在人类可感知的时间段(秒级)内线程是同时执行的,所以多个线程在某个时间段内的同时执行就是并发。
串行、并行和并发如下图所示:
串行并行并发
        互联网应用基本上都是支持多用户多请求同时访问服务器端的,所以互联网应用都是支持并发的,那么高并发的主要困难是什么呢?操作系统会给每个线程分配独立的内存空间和时间片,所以线程间是隔离的。但是如果线程访问线程外的内存空间,文件系统,输入输出设备,数据库或者其他存储设备时就会发生资源竞争,共享资源的访问必须串行,保证串行访问资源的机制就是同步,JAVA中经常使用的同步机制有synchronized关键字,java.util.concurrent.locks.Lock系列类。
同步的场景有以下几种:
1、线程获取同步锁,获取失败则阻塞等待
同步1
适用场景:
a、同步获取序列号生成器,当有其他线程获取序列号时,其他线程等待
java代码实例:
public class SynchronizedProcessor implements Processor {

    /* (non-Javadoc)
     * @see com.sunhaojie.test.thread.Processor#process(java.lang.String)
     */
    public void process(String name) {
        System.out.println(String.format("%s开始处理,当前时间是%d", name, 
System.currentTimeMillis()));
        synchronized (this) {
            System.out.println(String.format("%s获得锁%s", name, 
this.toString()));
            try {
                System.out.println(String.format("%s开始sleep", name));
                Thread.sleep(1000);
                System.out.println(String.format("%s结束sleep", name));
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        System.out.println(String.format("%s释放锁%s", name, 
this.toString()));
        System.out.println(String.format("%s结束处理,当前时间是%d", name, 
System.currentTimeMillis()));
    }

}
2、线程获取同步锁,获取失败结束
同步2
适用场景:
a、定时任务,前一个处理线程未完成时,新线程不能获取锁则直接结束
java代码示例:
public class LockFailCloseProcessor implements Processor {
    private static Lock lock = new ReentrantLock();

    /* (non-Javadoc)
     * @see com.sunhaojie.test.thread.Processor#process(java.lang.String)
     */
    public void process(String name) {
        System.out.println(String.format("%s开始处理,当前时间是%d", name, 
System.currentTimeMillis()));
        if (lock.tryLock()) {
            System.out.println(String.format("%s获得锁%s", name, 
this.toString()));
            try {
                System.out.println(String.format("%s开始sleep", name));
                Thread.sleep(1000);
                System.out.println(String.format("%s结束sleep", name));
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            lock.unlock();
            System.out.println(String.format("%s释放锁%s", name, 
this.toString()));
        } else {
            System.out.println(String.format("%s没有获得锁直接退出", 
name));
        }
        System.out.println(String.format("%s结束处理,当前时间是%d", name, 
System.currentTimeMillis()));
    }
}
3、线程获取同步锁后,因为其他资源不满足暂时释放同步锁,等待唤醒
同步3
适用场景:
a、即使通讯中,发送者获取同步锁发现队列写满时,释放锁等待接收者读取数据
java代码示例:
public class SynchronizedWaitWriteProcessor implements Processor {

    /**
     * 是否可读标记,false:不可读,可写 true:可读,不可写
     */
	public static int maxSize = 5;
	public static List<String> content = new ArrayList<String>();

    /* (non-Javadoc)
     * @see com.sunhaojie.test.thread.Processor#process(java.lang.String)
     */
    public void process(String name) {
        System.out.println(String.format("%s开始处理,当前时间是%d", name, 
System.currentTimeMillis()));
		synchronized (content) {
            System.out.println(String.format("%s获得锁%s", name, 
this.toString()));
            try {
				if (content.size() == maxSize) {
					System.out.println(
String.format("%s临时释放锁%s", name, this.toString()));
					content.wait();
                }
				System.out.println(
String.format("%s开始写入信息", name));
				Random random = new Random();
				for (int i = 0; i < maxSize; i++) {
					content.add(
String.format("写入信息%d", random.nextInt(1000)));
                }
				System.out.println(
String.format("%s结束写入信息", name));
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
			content.notify();
        }
        System.out.println(String.format("%s释放锁%s", name, 
this.toString()));
        System.out.println(String.format("%s结束处理,当前时间是%d", name, 
System.currentTimeMillis()));
    }

}
4、线程获取同步锁后,因为其他资源不满足结束线程
适用场景:
 同步4
a、即使通讯中,接收者获取同步锁发现队列无数据时,释放锁结束线程
java代码示例:
public class SynchronizedWaitReadProcessor implements Processor {

    /* (non-Javadoc)
     * @see com.sunhaojie.test.thread.Processor#process(java.lang.String)
     */
    public void process(String name) {
        System.out.println(String.format("%s开始处理,当前时间是%d", name, 
System.currentTimeMillis()));
		synchronized (SynchronizedWaitWriteProcessor.content) {
            System.out.println(String.format("%s获得锁%s", name, 
this.toString()));
			if (SynchronizedWaitWriteProcessor.content.size() 
!= 0) {
				System.out.println(
String.format("%s开始读出信息", name));
				for (int i = 0; 
i < SynchronizedWaitWriteProcessor.content.size(); i++) {
					System.out.println("读出信息:" + SynchronizedWaitWriteProcessor.content.get(i));
				}
				System.out.println(
String.format("%s结束读出信息", name));
			}
			SynchronizedWaitWriteProcessor.content.notify();
        }
        System.out.println(String.format("%s释放锁%s", name, 
this.toString()));
        System.out.println(String.format("%s结束处理,当前时间是%d", name, 
System.currentTimeMillis()));
    }

}
最后送上运行以上程序的main方法和Processor 接口类:
public interface Processor {
    public void process(String name);
}
public class ThreadTest {

	public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        //测试SynchronizedProcessor
        //        Processor processor = new SynchronizedProcessor();
        //        for (int i = 0; i < 10; i++) {
        //            ProcessorThread threadProcessor = 
new ProcessorThread("name" + i, processor);
        //            threadProcessor.start();
        //        }

        //测试LockProcessor
        //        Processor processor = new LockProcessor();
        //        for (int i = 0; i < 10; i++) {
        //            ProcessorThread threadProcessor = 
new ProcessorThread("name" + i, processor);
        //            threadProcessor.start();
        //        }

		// Processor processor = new LockFailCloseProcessor();
		// for (int i = 0; i < 10; i++) {
		// ProcessorThread threadProcessor = 
new ProcessorThread("name" + i,
		// processor);
		// threadProcessor.start();
		// }

		Processor readProcessor = new SynchronizedWaitReadProcessor();
		ProcessorThread readThreadProcessor = 
new ProcessorThread("read", readProcessor);
		readThreadProcessor.start();
		Processor writeProcessor = new SynchronizedWaitWriteProcessor();
		ProcessorThread writeThreadProcessor = 
new ProcessorThread("write", writeProcessor);
		writeThreadProcessor.start();
		Thread.sleep(100);
		ProcessorThread read2ThreadProcessor = 
new ProcessorThread("read2", readProcessor);
		read2ThreadProcessor.start();
    }
}
public class ProcessorThread extends Thread {
    private String name;
    private Processor processor;

    public ProcessorThread(String name, Processor processor) {
        this.name = name;
        this.processor = processor;
    }

    public void run() {
         processor.process(name);
    }

}
    多线程可以大大提高性能,但是多线程的同步又增加了应用的复杂性,是否能平衡多线程的性能和复杂性是是否有高并发经验的要求。
并发同步知多少
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