多线程学习

很多人反映多线程很难学习，很复杂；另外一方面，新技术框架层出不穷，学习过程疲于奔命，效果和方向却很茫然。

这是因为多数多线程的文章都偏重于技术框架API，而没有说清楚整体框架和思路，没有全局观，本文偏重于全局概念和思路。

一，多线程问题只有两种模式：多线程竞争和多线程协作。

线程只是一种表象，线程的本质是任务，协作和竞争的对象是数据。因此根本的问题是：任务和数据之间的关系。

多个任务和数据之间有两种关系：竞争关系和协作关系。

任务有多种体现形式：进程，线程，协程……他们是不同重量级（资源锁定/占用）的任务实现方式。

进程是有CPU和内存占用的任务；线程是占用CPU但是没有单独内存资源的任务——在一些OS中，进程和线程是没有区别的；协程是没有用户态和内核态切换的任务，是纯粹的逻辑块，是没有任何IO消耗的纯粹被事件驱动的逻辑块。

在LINUX中，原生进程是可以通过管道进行通讯的，但是JAVA线程不可以。他们通讯的唯一方式就是数据和信号。

影响软件性能的几个瓶颈资源分别是
1，IO（既数据）
2，线程依赖（即锁：线程对线程的依赖——本质还是对数据的依赖）
这两个因素会极大的影响（降低）系统的性能。全速的CPU逻辑运算速度是亿级别，千万级别的，涉及到IO和锁，就降低为*W级别了。

高性能软件必须考虑瓶颈资源的使用，必须满足以下三个原则
1，让瓶颈资源最大限度得到发挥
2，不做无用的事情
3，通过合理调度完成

二，在多线程竞争场景中，高性能的程序解决思路是无锁和弱化锁

尽量的无锁，细粒度锁，局部锁，短促锁……比如众所周知的ShareNothing架构，短事务，JUC包，读写分离……等，是这种思路的产物。
三，在多线程协作场景中，涉及到信号机制

1，线程锁模型

常见的是CountDown，Semphore等包，这其实是一种效率稍低的信号机制，因为它锁定线程本身

有没有无线程锁定的信号机制呢？

2，Actor模型就是这种思路的产物

Actor模型下有Vertx，akka等。他的线程是用完即释放的。极大的提升了线程资源的利用率，比线程锁模型有更大的并发处理能力

还有没有优化的空间呢？

有，12提升的是线程资源的利用率，还可以从IO上考虑

3，IO优化框架

Netty是一种IO线程框架，他的事件源是IO。它解决的问题是IO和线程速率不匹配下的资源利用率问题。

但是Netty弊病是依赖于IO，如果阻塞的事件源不是IO，那Netty提升不了效率

有没有不依赖于IO的事件线程机制呢？

这就是Actor模型。

Actor模型相比于12模型，他本质上分离了IO和任务块，他的任务调度依赖于纯粹的事件机制，而不是IO事件。akka/Vertx/MQ都可以归为此类（MQ消耗太高，传统观念上就不归为此类，但原理一致的）

那么这是否就是最高性能呢？

no，在操作系统层面，有可能一次任务切换回涉及到OS的用户态和内核态切换，由于OS的安全机制，会做数据拷贝。这也是极大的性能消耗。

消除OS层面线程上下文切换的消耗，这就是协程等框架的基本原理。

所以协程框架必须让业务系统告诉（协程）框架：阻塞点是什么，任务块是什么，这需要在逻辑书写层面引入一些标记来区分，告诉框架应该如何去调度。

4，CPU指令层面的优化

123措施基本已经考虑到机制了么？还没有，disruptor等框架还考虑对CPU底层指令进行冗余填充，以提升CPU层面的处理速度。

（disruptor的Ring结构是另外一个层面——锁优化——的问题，这里不赘述）

五，实际业务系统优化做法

但是，我们并不鼓励在业务代码中考虑性能优化问题。

理论上，软件系统本质上是一个函数f，是纯粹的逻辑块。它的速度是千万级的，是远远超过任何业务场景要求的。

导致软件系统性能降低的原因是
1，架构设计层面让IO和业务逻辑耦合
2，让业务逻辑程序员关注了太多依赖，而没有做好合适的模型设计和框架设计
3，引入了太多框架，中间件……这些所谓的高性能框架，他们无论性能多么高，都不可能高过CPU内核速度的。他们提升的是业务的弹性扩展能力和可用性冗余——这对于绝大多数公司99.99%都是镜花水月——设计良好的单机系统可以支撑100-10000的并发处理能力，远远在绝大多数公司的需求之上。

但是另外一方面，绝大多数公司真正需要的是业务系统的业务快速响应，灵活扩展能力——罕有架构师去考虑这真正是业务公司需要的问题。而把精力 都关注到不需要的性能上了。

再重复一遍：我们并不鼓励在业务系统中考虑性能优化问题。

多数的情况下，只要你不做无意义的是（参见高性能原则2）就好了。

同样的哲学下，请记得分布式架构设计第一原则，多线程第一原则，性能优化第一原则

1，不要分布式你的系统

2，不要多线程

3，不要性能优化

优秀的架构欢迎懒人，讨厌多事的人