寫在前面
寫【高併發專題】有一段時間了，一些讀者朋友留言說，併發程式設計很難，學習了很多的知識，但是在實際工作中卻無從下手。對於一個線上產生的併發問題，又不知產生這個問題的原因究竟是什麼。對於併發程式設計，感覺上似乎是掌握了，但是真正用起來卻不是那麼回事！
其實，造成這種現象的本質原因就是沒有透徹的理解併發程式設計的精髓，而學好併發程式設計的關鍵是需要弄懂三個核心問題：分工、同步和互斥
分工
比較官方的解釋為：分工就是將一個比較大的任務，拆分成多個大小合適的任務，交給合適的執行緒去完成，強調的是效能。
如果你還不能夠理解什麼是分工，這裡，我們可以做一個假設。假設你是一個XXX上市公司的CEO，你的工作是如何管理好你的公司。但是，就如何管理好公司而言，涉及到的任務就比較多了，我們可以將其看做一個很大的任務，這個很大的任務，細看的話可以包括：人員招聘和管理、產品設計和開發、運營和推廣、公司稅務等等。那細化後這麼多的任務交給你一個人去做，想必你一定是崩潰的。即使你能夠挺住，估計你一個人把這所有的任務完成，那黃花菜也就涼了！到時，估計你就會偷偷的躲在角落裡唱“涼涼”了。。。
所以，如果你真的想管理好你的公司，你就需要將這些任務分解，分工細化，將人員招聘和管理的任務交給人力資源部門去完成，將產品的設計交給設計部門去完成，將產品的開發交給開發部門去完成，將運營和推廣交給運營和市場部門去完成，將公司稅務交給財務部門去完成。此時，你的任務就是及時瞭解各個部門的工作情況，統籌並協調各部門的工作，並思考如何規劃公司的未來。
其實，這裡你將管理公司的任務拆解、細化分工之後，你會發現，其實各部門之間的工作是並行執行的。比如：人力資源部門在管理員工的績效考核時，同時產品設計和開發部門正在設計和開發公司的產品，與此同時，公司的運營正在和設計與開發溝通如何更好的完善公司的產品，而推广部門正在加大力度宣傳和推廣公司的產品。而財務部門正在統計和計算公司的各種財務報表等。一切都是那麼的有條不紊！
所以，安排合適的人去做合適的事情，在實際工作中是非常重要的。這對映到併發程式設計領域也是同樣的道理。如果將所有的任務交給一個執行緒執行，就好比將公司的所有事情交給你一個人去做一樣。等到把事情做完了，黃花菜也涼了。所以，在併發程式設計中，我們同樣需要將任務進行拆解，分工給合適的執行緒去完成。
在併發程式設計領域，還需要注意一個問題就是：分工給合適的執行緒去做。 也就是說，應該主執行緒執行的任務不要交給子執行緒去做，否則，是解決不了問題的。這就好比一家公司的CEO將如何規劃公司的未來交給一個產品開發人員去做一樣，這不僅不能規劃好公司的未來，甚至會與公司的價值觀背道而馳。
在JavaSDK中的：Executor、Fork/Join和Future都是實現分工的一種方式。
同步
在併發程式設計中的同步，主要指的是一個執行緒執行完任務後，如何通知其他的執行緒繼續執行，強調的是效能。
將任務拆分，並且合理的分工給了每個人，接下來就是如何同步每個人的任務了。
假設小明是一名前端開發人員，他渲染頁面的資料需要等待小剛的介面完成，而小剛寫介面又需要等待小李的服務開發完成。也就是說，任務之間是存在依賴關係的，前面的任務完成後，才能進行後面的任務。
對於實際工作中，這種任務的同步，大多數靠的是人與人之間的溝通，小李的服務寫完了，告訴小剛，小剛則馬上進行介面開發，等小剛的介面開發完成後，又告訴了小明，小明馬上呼叫介面將返回的資料渲染在頁面上。
這種同步機制對映到併發程式設計領域，就是一個執行緒的任務執行完畢之後，通知其他的後續執行緒執行任務。
對於這種執行緒之間的同步，我們可以使用下面的 if 虛擬碼來表示。
if(前面的任務完成){
執行當前任務
}else{
繼續等待前面任務的執行
}
如果為了更能夠及時的判斷出前面的任務是否已經完成，我們也可以使用 while 虛擬碼來表示。
while(前面的任務未完成){
繼續等待前面任務的執行
}
執行當前任務
上述虛擬碼表示的意義是相同的：當執行緒執行的條件不滿足時，執行緒需要繼續等待，一旦條件滿足，就需要喚醒等待的執行緒繼續執行。
在併發程式設計領域，一個典型的場景就是生產者-消費者模型。當佇列滿時，生產者執行緒需要等待，佇列不滿時，需要喚醒生產者執行緒；當佇列為空時，消費者執行緒需要等待，佇列不空時，需要喚醒消費者。我們可以使用下面的虛擬碼來表示生產者-消費者模型。
- 生產者
while(佇列已滿){
生產者執行緒等待
}
喚醒生產者
- 消費者
while(佇列為空){
消費者等待
}
喚醒消費者
在Java的SDK中，提供了一些實現執行緒之間同步的工具類，比如說：CountDownLatch、 CyclicBarrier 等。
互斥
同一時刻，只允許一個執行緒訪問共享變數，強調的是執行緒執行任務的正確性。
在併發程式設計領域，分工和同步強調的是執行任務的效能，而執行緒之間的互斥則強調的是執行緒執行任務的正確性，也就是執行緒的安全問題。如果多個執行緒同時訪問同一個共享變數，則可能會發生意想不到的後果，而這種意想不到的後果主要是由執行緒的可見性、原子性和有序性問題產生的。而解決可見性、原子性和有序性問題的核心，就是互斥。
關於互斥，我們可以用現實中的一個場景來描述：多個岔路口的車輛需要匯入一條道路中，而這條道路一次只能允許通過一輛車，此時，車輛就需要排隊依次進入路口。
Java中提供的synchronized、Lock、ThreadLocal、final關鍵字等都可以解決互斥的問題。
例如，我們以synchronized為例來說明如何進行執行緒間的互斥，虛擬碼如下所示。
//修飾方法
public synchronized void xxx(){
}
//修飾程式碼塊
public void xxx(){
synchronized(obj){
}
}
//修飾程式碼塊
public void xxx(){
synchronized(XXX.class){
}
}
//修飾靜態方法
public synchronized static void xxx(){
}
總結
併發程式設計旨在最大限度的利用計算機的資源，提高程式執行的效能，這需要執行緒之間的分工和同步來實現，在保證效能的同時，又需要保證執行緒的安全，這就又需要保證執行緒之間的互斥性。而併發程式設計的難點問題，往往又是由可見性、原子性和有序性問題導致的。所以，我們在學習併發程式設計時，一定要先弄懂執行緒之間的分工、同步和互斥。
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