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:
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
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:
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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()));
}
}
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2、线程获取同步锁，获取失败结束
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:
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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()));
}
}
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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
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:
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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()));
}
}
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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:
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:
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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()));
}
}
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最后送上运行以上程序的main方法和Processor 接口类:
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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();
}
}
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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。