學並發編程，透徹理解這三個核心是關鍵

2019 年 10 月 3 日
筆記

寫在前面

上一篇文章這次走進並發的世界，請不要錯過給大家帶了並發編程的開胃菜，接下來我們逐步上正餐，在吃正餐之前，我還要引用那首詩詞: 「橫看成嶺側成峰，遠近高低各不同」，遠看看輪廓，近看看細節，不斷切換思維或視角來學習

遠看並發，並發編程可以抽象成三個核心問題: 分工、同步/協作、互斥

如果你已經工作了，那麼你一定聽說過或者正在應用敏捷開發模式來交付日常的工作任務，我們就用你熟悉的流程來解釋這三個核心問題

分工

將當前 Sprint 的 Story 拆分成「合適」大小的 Task，並且安排給「合適」的 Team Member 去完成

這裏面用了兩個「合適」，將 Story 拆分成大小適中，可完成的 Task 是非常重要的。拆分的粒度太粗，導致這個任務完成難度變高，耗時長，不易與其他人配合；拆分的粒度太細，又導致任務太多，不好管理與追蹤，浪費精力和資源。(合適的線程才能更好的完成整塊工作，當然一個線程可以輕鬆搞定的就沒必要多線程)；安排給合適的人員去完成同樣重要，UX-UE 問題交給後端人員處理，很顯然是有問題的 (主線程應該做的事交給子線程顯然是解決不了問題的，每個線程做正確的事才能發揮作用)

關於分工，常見的 Executor，生產者-消費者模式，Fork/Join 等，這都是分工思想的體現

同步/協作

任務拆分完畢，我要等張三的任務，張三要等李四的任務，也就是說任務之間存在依賴關係，前面的任務執行完畢，後面的任務才可以執行，人高級在可以通過溝通反覆確認，確保自己的任務可以開始執行。但面對程序，我們需要了解程序的溝通方式，一個線程執行完任務，如何通知後續線程執行

所有的同步/協作關係我們都可以用你最熟悉的 If-then-else 來表示:

if(前序任務完成){      execute();  }else{      wait();  }

上面的代碼就是說:當某個條件不滿足時，線程需要等待；當某個條件滿足時，線程需要被喚醒執行，線程之間的協作可能是主線程與子線程的協作，可能是子線程與子線程的合作， Java SDK 中 CountDownLatch 和 CyclicBarrier 就是用來解決線程協作問題的

互斥

分工和同步強調的是性能，但是互斥是強調正確性，就是我們常常提到的「線程安全」，當多個線程同時訪問一個共享變量/成員變量時，就可能發生不確定性，造成不確定性主要是有可見性、原子性、有序性這三大問題，而解決這些問題的核心就是互斥

互斥

同一時刻，只允許一個線程訪問共享變量

來看下圖，主幹路就是共享變量，進入主幹路一次只能有一輛車，這樣你是否理解了呢？「天下大事，分久必合」

同樣 Java SDK 也有很多互斥的解決方案，比如你馬上就能想到 synchronized 關鍵字，Lock，ThreadLocal 等就是互斥的解決方案

總結

資本家瘋狂榨取勞動工人的剩餘價值，獲得最大收益。當你面對 CPU，內存，IO 這些勞動工人時，你就是那個資本家，你要思考如何充分榨取它們的價值

當一個工人能幹的活，絕不讓兩個人來干(單線程能滿足就沒必要為了多線程)
當多個工人幹活時，就要讓他們分工明確，合作順暢，沒矛盾

當任務很大時，由於 IO 幹活慢，CPU 幹活快，就沒必要讓 CPU 死等當前的 IO，轉而去執行其他指令，這就是榨取剩餘價值，如何最大限度的榨取其價值，這就涉及到後續的調優問題，比如多少線程合適等

分工是設計，同步和互斥是實現，沒有好的設計也就沒有好的實現，所以在分工階段，強烈建議大家勾劃草圖，了解瓶頸所在，這樣才會有更好的實現，後續章節的內容，我也會帶領大家畫草圖，分析問題，逐步養成這個習慣

本章內容可以用下面的圖來簡單概括，葉子結點的內容我們會逐步點亮，現階段不用過分關注(如果你上來就啃 JDK 源碼，也許你會痛苦的迷失，並最終放棄你的進階之路的)

理解三大核心問題，你要充分結合生活中的實際，程序中的並發問題，基本上都能在實際生活中找得到原型

下一篇文章的內容，我們就要聊聊，引起線程安全的三個問題:「可見性，原子性，有序性」，這涉及到 JMM 的一點內容，可以提前了解一下的，這樣我們才能更好的碰撞

靈魂追問

工作中多線程編程的場景多嗎？
想到多線程，只會想到 synchronized 嗎？
Java 並發包各個類，你有了解底層實現和設計理念嗎？