【Java】这些概念都不懂，简历还敢写“熟悉”Java高并发？

高并发

它是互联网分布式系统架构设计中必须考虑的因素之一，通常是指，保证系统能够同时并行化处理海量请求

同步和异步

  • 同步：发送一个请求，等待返回，然后再发送下一个请求。提交请求 -> 等待服务器处理 -> 处理完返回，此期间客户端浏览器不能干任何事

  • 异步：发送一个请求，不等待返回，随时可以再发送下一个请求。提交请求 -> 服务器处理（这时浏览器仍然可以作其他事情）-> 处理完毕

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从上图可以知道，随着实时间的轨迹，同步一步一步的执行着，在异步中，当一个异步过程调用发出后，调用者不能立即得到结果，实际上会开启一个线程执行这部分内容，这个线程处理完了之后，通过状态，通知和回调来通知调用者来处理。

并发和并行

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单核CPU(单处理器)上，只可能存在并发而不可能存在并行。 并行在多处理器系统中存在，而并发可以在单处理器和多处理器系统中都存在，并发能够在单处理器系统中存在是因为并发是并行的假象，并行要求程序能够同时执行多个操作，而并发只是要求程序假装同时执行多个操作（每个小时间片执行一个操作，多个操作快速切换执行

临界区

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临界区用来表示一种公共资源或者说是共享数据，可以被多个线程使用，但是每一次，只能有一个线程使用它，一旦临界去资源被占用，其他线程想要使用这个资源，就必须等待。

这就是我们编程中经常要加锁的地方，如 Synchronized 关键字，或是 Lock 接口。

  • 阻塞(Blocking)和非阻塞(Non-Blocking)通常用来形容多线程间的相互影响，比如一个线程占用临界区资源，那么其他所有需要这个资源的线程就必须在这个临界区中进行等待，等待会导致线程挂起，这种情况就是阻塞。如果占用资源的线程一直不愿意释放资源，那么其它所有阻塞在这个临界区上的线程都不能工作。

  • 非阻塞允许多个线程同时进入临界区。

死锁、饥饿、活锁

死锁： 指两个或两个以上的进程（或线程）在执行过程中，因争夺资源而造成的一种互相等待的现象，若无外力作用，它们都将无法推进下去。此时称系统处于死锁状态或系统产生了死锁，这些永远在互相等待的进程称为死锁进程。

活锁： 指线程T1可以使用资源，但它很礼貌，让其他线程先使用资源，线程T2也可以使用资源，但它很绅士，也让其他线程先使用资源。这样你让我，我让你，最后两个线程都无法使用资源。

饥饿： 指如果线程T1占用了资源R，线程T2又请求封锁R，于是T2等待。T3也请求资源R，当T1释放了R上的封锁后，系统首先批准了T3的请求，T2仍然等待。然后T4又请求封锁R，当T3释放了R上的封锁之后，系统又批准了T4的请求……，T2可能永远等待。

并发级别

分为 阻塞 和 非阻塞（非阻塞分为无障碍、无锁、无等待）

当一个线程进入临界区后，其他线程必须等待

  • 无障碍是一种最弱的非阻塞调度

  • 可自由出入临界区

  • 无竞争时，有限步内完成操作

  • 有竞争时，回滚数据

和非阻塞调度相比呢，阻塞调度是一种悲观的策略，它会认为说一起修改数据是很有可能把数据改坏的。而非阻塞调度呢，是一种乐观的策略，它认为大家修改数据未必把数据改坏。 但是它是一种 宽进严出 的策略，当它发现一个进程在临界区内发生了数据竞争，产生了冲突，那么无障碍的调度方式则会回滚这条数据。

在这个无障碍的调度方式当中，所有的线程都相当于在拿去一个系统当前的一个快照。他们一直会尝试拿去的快照是有效的为止。

  • 是无障碍的

  • 保证有一个线程可以胜出 与无障碍相比，无障碍并不保证有竞争时一定能完成操作，因为如果它发现每次操作都会产生冲突，那它则会不停地尝试。如果临界区内的线程互相干扰，则会导致所有的线程会卡死在临界区，那么系统性能则会有很大的影响。

而无锁增加了一个新的条件，保证每次竞争有一个线程可以胜出，则解决了无障碍的问题。至少保证了所有线程都顺利执行下去。

下面代码是Java中典型的无锁计算代码

while (!atomicVar.compareAndSet(localVar, localVar+1)) {
localVar = atomicVar.get();
}

  • 无锁的

  • 要求所有的线程都必须在有限步内完成

  • 无饥饿的

无等待的前提是无锁的基础上的，无锁它只保证了临界区肯定有进也有出，但是如果进的优先级都很高，那么临界区内的某些优先级低的线程可能发生饥饿，一直出不了临界区。那么无等待解决了这个问题，它保证所有的线程都必须在有限步内完成，自然是无饥饿的。

无等待是并行的最高级别，它能使这个系统达到最优状态。无等待的典型案例：只有读线程，没有写线程，那么这个则必然是无等待的。 如果既有读线程又有写线程，而每个写线程之前，都把数据拷贝一份副本，然后修改这个副本，而不是修改原始数据，因为修改副本，则没有冲突，那么这个修改的过程也是无等待的。最后需要做同步的只是将写完的数据覆盖原始数据。由于无等待要求比较高，实现起来比较困难，所以无锁使用得会更加广泛一些。

关于并行的2个重要定律

两个定律都与加速比有关

Amdahl定律(阿姆达尔定律)：定义了串行系统并行化后的加速比的计算公式和理论上限（加速比=优化前系统耗时/优化后系统耗时） 一个程序（或者一个算法）可以按照 是否可以被并行化 分为下面两个部分：

  • 可以被并行化的部分

  • 不可以被并行化的部

假设一个程序处理磁盘上的文件。这个程序的一小部分用来扫描路径和在内存中创建文件目录。做完这些后，每个文件交个一个单独的线程去处理。扫描路径和创建文件目录的部分不可以被并行化，不过处理文件的过程可以。

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增加CPU处理器的数量并不一定能起到有效的作用，提高系统内可并行化的模块比重，合理增加并行处理器数量，才能以最小的投入，得到最大的加速比

Gustafson定律(古斯塔夫森)：说明处理器个数，串行比例和加速比之间的关系
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只要有足够的并行化，那么加速比和CPU个数成正比

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