谈论高并发(三)锁的一些基本概念
并发编程概念的一些基本的了解是非常重要的。告诉我们认为表明,在方向上的主要问题。
这个讲锁的一些基本概念。
在正常情况下,我们说的锁都指的是“互斥”锁。因为有一些特殊的锁,例“读写锁”,一点都没有互斥。
排斥锁。
锁是处理并发的一种同步手段。单线程程序和并发程序的终于目的都是要保证程序的正确性,可是最大的差别是:
- 单线程程序的正确性仅仅关注程序的执行结果和目标是一致的
- 并发程序的正确性除了执行结果正确外,还包括了活性的特性,所谓活性,指的就是程序无死锁,无饥饿
所以考察一个锁,也须要从三个方面考察:
1. 相互排斥性
2. 无死锁
3. 无饥饿
最简单的锁仅仅保证相互排斥性,而相互排斥性本质上能够用一个布尔值表示,即一个二元状态。
相互排斥是保证并发程序正确性的一种特性。和相互排斥相关的一个专用名词就是临界区
临界区指的是“某个时刻仅能被一个线程运行的代码段”,也就是通常锁的被锁保护的代码段。
一个相互排斥锁的定义通常例如以下
interface Lock { public void lock(); public void unlock(); }
线程必须用指定的方式使用锁。lock动作必须在try块之前调用,假设lock在try里面运行。可能会在取到锁之前抛出异常,导致运行了unlock动作,从而错误发生。
熟悉Java显示锁的同学肯定知道使用ReentryLock就是例如以下的使用方法。
mutex.lock(); try{ ...临界区 }finally{ mutex.unlock() }
相互排斥意味着串行,也意味着等待。 这引出了著名的Amdahl定律
Amdahl定律: 即完毕一个工作能获得的加速比,受限于这个工作中必须被串行的部分。
(通常串行部分都是由于被相互排斥锁保护了)
加速比的定义是一个处理器完毕一个工作的时间和採用n个处理器并发完毕该工作的时间比。
Amdahl定律给出的加速比方下 S = 1 / ( 1 - p + p/n) S为加速比 1为完毕工作的时间 p指能够并行的部分 n指处理器个数
从Amdahl定律能够看出,串行的工作越多,获得的加速比就越小。
Amdahl给我们编程实际启发有:
1. 尽量减小相互排斥锁的粒度。锁粒度越小表示串行的部分越少
2. 能不用锁,就不要用锁。不用锁表示串行的部分越少
接下来说说活性相关的概念。
死锁意味者系统冻结。终于相关的全部线程都永久地停滞等待。
饥饿则是总有一些线程可以执行,一小部分线程永久停滞等待
所以无饥饿意味着肯定无死锁。可是无死锁不意味着无饥饿。
《多处理器编程的艺术》一书中给出了几种锁的实现,当中Peterson算法能够保证两个线程使用锁的时候锁具备相互排斥,无死锁。无饥饿特性。
class Peterson implements Lock { private boolean[] flag = new boolean[2]; private int victim; public void lock(){ int i = ThreadID.get(); int j = 1 - i; flag[i]= true; // 保证两个线程先后执行不死锁,实现相互排斥 victim = i; // 保证两个线程同一时候执行时不死锁,实现相互排斥 while(flag[j] && victim == i){} // 相互排斥意味着等待 } public void unlock(){ int i = ThreadID.get(); flag[i] = false; } }
Bakery锁支持n个线程的相互排斥协议。
通过数学证明了:
n线程的无死锁相互排斥算法须要n个不同的存储单元(变量)来保存中间状态。
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