資訊專欄INFORMATION COLUMN
摘要：由于臨界區(qū)的存在，多線程之間的并發(fā)必須受到控制。對于非公平鎖來說，系統允許高優(yōu)先級的線程插隊。這樣有可能導致低優(yōu)先級線程產生饑餓。它要求所有線程都必須在有限步內完成，這樣不會引起饑餓問題。
由于臨界區(qū)的存在，多線程之間的并發(fā)必須受到控制。根據控制并發(fā)的策略，我們可以把并發(fā)的級別分為阻塞、無饑餓、無障礙、無鎖、無等待幾種。
阻塞一個線程是阻塞的，那么在其他線程釋放資源之前，當前線程無法繼續(xù)執(zhí)行。當我們使用synchronized關鍵字或者重入鎖時，我們得到的就是阻塞的線程。
synchronize關鍵字和重入鎖都試圖在執(zhí)行后續(xù)代碼前，得到臨界區(qū)的鎖，如果得不到，線程就會被掛起等待，直到占有了所需資源為止。
無饑餓(Starvation-Free)如果線程之間是有優(yōu)先級的，那么線程調度的時候總是會傾向于先滿足高優(yōu)先級的線程。也就是說，對于同一個資源的分配，是不公平的！圖1.7中顯示了非公平鎖與公平鎖兩種情況(五角星表示高優(yōu)先級線程)。對于非公平鎖來說，系統允許高優(yōu)先級的線程插隊。這樣有可能導致低優(yōu)先級線程產生饑餓。但如果鎖是公平的，按照先來后到的規(guī)則，那么饑餓就不會產生，不管新來的線程優(yōu)先級多高，要想獲得資源，就必須乖乖排隊，這樣所有的線程都有機會執(zhí)行。
無障礙(Obstruction-Free)無障礙是一種最弱的非阻塞調度。兩個線程如果無障礙地執(zhí)行，那么不會因為臨界區(qū)的問題導致一方被掛起。換言之，大家都可以大搖大擺地進入臨界區(qū)了。那么大家一起修改共享數據，把數據改壞了怎么辦呢？對于無障礙的線程來說，一旦檢測到這種情況，它就會立即對自己所做的修改進行回滾，確保數據安全。但如果沒有數據競爭發(fā)生，那么線程就可以順利完成自己的工作，走出臨界區(qū)。
如果說阻塞的控制方式是悲觀策略，也就是說，系統認為兩個線程之間很有可能發(fā)生不幸的沖突，因此以保護共享數據為第一優(yōu)先級，相對來說，非阻塞的調度就是一種樂觀的策略。它認為多個線程之間很有可能不會發(fā)生沖突，或者說這種概率不大。因此大家都應該無障礙地執(zhí)行，但是一旦檢測到沖突，就應該進行回滾。
從這個策略中也可以看到，無障礙的多線程程序并不一定能順暢運行。因為當臨界區(qū)中存在嚴重的沖突時，所有的線程可能都會不斷地回滾自己的操作，而沒有一個線程可以走出臨界區(qū)。這種情況會影響系統的正常執(zhí)行。所以，我們可能會非常希望在這一堆線程中，至少可以有一個線程能夠在有限的時間內完成自己的操作，而退出臨界區(qū)。至少這樣可以保證系統不會在臨界區(qū)中進行無限的等待。
一種可行的無障礙實現可以依賴一個"一致性標記"來實現。線程在操作之前，先讀取并保存這個標記，在操作完成后，再次讀取，檢查這個標記是否被更改過，如果兩者是一致的，則說明資源訪問沒有沖突。如果不一致，則說明資源可能在操作過程中與其他線程沖突，需要重試操作。而任何對資源有修改操作的線程，在修改數據前，都需要更新這個一致性標記，表示數據不再安全。
數據庫中樂觀鎖，應該比較熟悉，表中需要一個字段version(版本號)，每次更新數據version+1，更新的時候將版本號作為條件進行更新，根據更新影響的行數判斷更新是否成功，偽代碼如下：
1.查詢數據，此時版本號為w_v
2.打開事務
3.做一些業(yè)務操作
4.update t set version = version+1 where id = 記錄id and version = w_v;//此行會返回影響的行數c
5.
if(c>0){
//提交事務
}else{
//回滾事務
}
多個線程更新同一條數據的時候，數據庫會對當前數據加鎖，同一時刻只有一個線程可以執(zhí)行更新語句。
無鎖(Lock-Free)無鎖的并行都是無障礙的。在無鎖的情況下，所有的線程都能嘗試對臨界區(qū)進行訪問，但不同的是，無鎖的并發(fā)保證必然有一個線程能夠在有限步內完成操作離開臨界區(qū)。
在無鎖的調用中，一個典型的特點是可能會包含一個無窮循環(huán)。在這個循環(huán)中，線程會不斷嘗試修改共享變量。如果沒有沖突，修改成功，那么程序退出，否則繼續(xù)嘗試修改。但無論如何，無鎖的并行總能保證有一個線程是可以勝出的，不至于全軍覆沒。至于臨界區(qū)中競爭失敗的線程，他們必須不斷重試，直到自己獲勝。如果運氣很不好，總是嘗試不成功，則會出現類似饑餓的先寫，線程會停止。
下面就是一段無鎖的示意代碼，如果修改不成功，那么循環(huán)永遠不會停止。
while(!atomicVar.compareAndSet(localVar, localVar+1)){
localVal = atomicVar.get();
}
無等待
無鎖只要求有一個線程可以在有限步內完成操作，而無等待則在無鎖的基礎上更進一步擴展。它要求所有線程都必須在有限步內完成，這樣不會引起饑餓問題。如果限制這個步驟的上限，還可以進一步分解為有界無等待和線程數無關的無等待等幾種，他們之間的區(qū)別只是對循環(huán)次數的限制不同。
一種典型的無等待結果就是RCU(Read Copy Update)。它的基本思想是，對數據的讀可以不加控制。因此，所有的讀線程都是無等待的，它們既不會被鎖定等待也不會引起任何沖突。但在寫數據的時候，先獲取原始數據的副本，接著只修改副本數據(這就是為什么讀可以不加控制)，修改完成后，在合適的時機回寫數據。
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