01. 并行与并发概念

并行与并发•并发性，说的就是多件事情能够同时进行（并行）的一种能力。•要点：并发是性质，并行是状态。并行的事情具有并发性，但是具有并发性的事情不一定并行地进行；具有并发性的事件不一定并行地进行。

并发编程的抽象•并发编程基于下面这种抽象模型，包含了三要素：• 数据• 线程• 任务

数据•并发编程的难点• 数据需要在不同的线程之间共享，因为多线程程序在运行时存在交错（ interleaving），不加限制共享就会带来数据读写的错误。所有的并发编程设施和理论都是基于这个起源来搭建。

数据 -存储分类• Immutable（线程安全）• Mutable

• 原子存储（ Atomic）• 固定存储（ Java原生数组）• 动态存储（动态申请）

数据 -关注点• 并发编程中我们更关注数据的生命周期和共享策略，即数据什么时候创建，什么时候读取，什么时候更新，什么时候销毁释放。• 这些问题在并发编程中如果没有妥善地设计，会带来非常多难以重现和调试的问题，而资深的软件工程师，都会在这些问题上有深入的理解和长期的经验。

数据 -关注点• 我们也需要了解

• 多线程环境中一门语言的内存模型• 数据的生命周期

• 也需要回答• 什么级别的操作即使我们不用锁也是线程安全的？• 使用那些并发工具才能保证线程安全？

线程•每个语言都有一套机制，负责线程的创建、运行、切换和结束•并发编程三范式• Procedural• Functional• CSP （ Communicating Sequential Processes）

线程 -Procedural范式•以 C语系（ C++、 Java）为代表的过程式编程语言，它在处理并发编程时，通常是通过同步工具来进行的•并发同步工具抽象级别由高到低

1. BlockingQueue、 TaskQueue、 CountDownLatch、 Reader-Writer Lock2. Mutex、 Conditional Variable、 Future、 Promise3. lock-free、 atomic、 spin lock

线程 -Functional范式•函数当成语言里的一等公民来对待，以提供更高的抽象能力•核心概念

• IMMUTABLE• LAMBDA CALCULUS• NO SIDE EFFECT• HIGHER ORDER FUNCTIONS• PATTERN MATCHING• LAZY EVALUATION• CURRYING

•参考• https://www.coursera.org/learn/programming-languages

线程 -CSP （ Communicating Sequential Processes）•提供类似 Go语言的机制•通过一种类似于通信管道的方式来做线程的同步•让并发编程的设计更容易，出 bug的可能性更小•核心观点• Do not communicate by sharing memory; instead, share memory by

communicating

任务•任务与线程的关系• 一个线程，可以在它的生命周期里处理数亿个任务

•抽象来看，一个任务，它包含• 前序——前置任务依赖；• 读——输入、共享数据读；• 计算——执行的计算和操作；• 输出——共享数据写；• 后续——后续任务通知

•即任务五要素：前序、读、计算、写、后续

任务•五要素充分决定：自动化任务的调度策略。•实际情况是，对于具体任务需要• 手工编码调度策略，• 决定同步工具，• 熟悉底层原理，• 量化估算性能。

Petri 网自动并发调度

小结•并发编程核心技术• 数据共享• 线程间任务顺序• 线程的管理• 任务的抽象与封装

思考题•列出你知道的语言是如何为并发提供支持的？它们有什么区别？