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  • 并发程序的特点
    千次阅读
    2022-03-18 08:20:50

    顺序执行时

    1.顺序性:严格的按照顺序执行

    2.封闭性:程序运行时独占全机资源 资源状态只有本程序才能改变它,程序一旦开始执行,不受外界影响

    3.可再现性:无论如何执行 都可缺获得相同的结果

     

    并发执行时

    1.间断性:由于资源有限,并发执行的程序存在相互制约的关系

    2.失去封闭性:并发执行的程序共享计算机资源,这些资源的状态由这些程序改变

    3.不可再现性:并发执行的程序执行的顺序不同可能有不同的执行结果

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    1:间断性:程序并发执行的时候,因为是共享资源,以及完成同一项任务而相互合作,致使在这些并发执行的程序之间形成了相互制约的关系,导致程序执行呈现:执行--暂停--执行 2:失去封闭性:当系统中有多个并发...

    1:间断性:程序在并发执行的时候,因为是共享资源,以及完成同一项任务而相互合作,致使在这些并发执行的程序之间形成了相互制约的关系,导致程序执行呈现:执行--暂停--执行

    2:失去封闭性:当系统中有多个并发执行的程序时,各个资源是他们所共享的,这些资源的状态也由这些程序所改变,所以摸一个程序的运行环境会受到其他程序的影响。

    3:不可再生性

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    1)阻塞
    一个线程是阻塞的,那么在其他线程释放资源之前,当前线程无法继续执行。当我们使用synchronized关键字,或者重入锁时,我们得到的就是阻塞的线程。 无论是synchronized还是重入锁,都会在视图执行后续代码前得到临界区的锁,如果得不到,线程就会被挂起等待,直到占有了所需要的资源为止。
    2)无饥饿
    如果线程间是有优先级的,那么线程调用总是会倾向于满足高优先级的线程。也就是说对同一个资源的分配是不公平的。对于非公平的锁来说,系统允许高优先级的线程插队,这样有可能导致低优先级的线程产生饥饿。但如果锁是公平的,满足先来后到,那么饥饿就不会产生,不管新来的线程优先级多高,要想获得资源就必须排队。那么所有的线程都有机会执行。
    3)无障碍
    无障碍是一种最弱的非阻塞调度。两个线程如果是无障碍的执行,那么他们不会因为临界区的问题导致一方被挂起。大家都可以大摇大摆进入临界区工作。那么如果大家都修改了共享数据怎么办呢?对于无障碍的线程来说,一旦出现这种情况,当前线程就会立即对修改的数据进行回滚,确保数据安全。但如果没有数据竞争发生,那么线程就可以顺利完成自己的工作,走出临界区。
    如果阻塞控制的方式比喻成悲观策略。也就是说系统认为两个线程之间很有可能发生不幸的冲突,因此,保护共享数据为第一优先级。相对来说,非阻塞的调度就是一种乐观策略,他认为多线程之间很有可能不会发生冲突,或者说这种概率不大,但是一旦检测到冲突,就应该回滚。 
    从这个策略来看,无障碍的多线程程序不一定能顺利执行。因为当临界区的字眼存在严重的冲突时,所有线程可能都进行回滚操作,导致没有一个线程可以走出临界区。所以我们希望在这一堆线程中,至少可以有一个线程可以在有限时间内完成自己的操作,至少这可以保证系统不会再临界区进行无线等待。 
    一种可行的无障碍实现可以依赖一个“一致性标记”来实现。线程在操作之前,先读取并保持这个标记,在操作完后,再次读取,检查这个标记是否被修改过,如果前后一致,则说明资源访问没有冲突。如果不一致,则说明资源可能在操作过程中与其他写线程冲突,需要重试操作。任何对保护资源修改之前,都必须更新这个一致性标记,表示数据不安全。
    4)无锁
    无锁的并行都是无障碍的。在无锁的情况下,所有的线程都能尝试对临界区的资源进行访问,但不同的是,无锁的并发保证必然有一个线程能够在有限步内完成操作离开临界区。 
    在无锁的调度中,一个典型的特点是可能会包含一个无穷循环。在这个循环中线性不断尝试修改共享数据。如果没有冲突,修改成功,那么线程退出,否则尝试重新修改。但无论如何,无锁的并行总能保证有一个线程可以胜出,不至于全军覆没。至于临界区中竞争失败的线程,则不断重试。如果运气不好,总是不成功,则会出现类似饥饿的现象,线程会停止不前。

    注:本篇博客内容摘自《Java高并发程序设计》
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  • 在讲解程序并发执行与顺序执行的特征之前,我们先介绍用于描逑程序执行先后顺序的前趋图。‍所谓前趋图(PrecedenceGraph),是指一个有向无循环图,可记DAG(DirectedAcyclicGraph),它用于描逑进程之间执行的先后...

    提示:文章写完后,目录可以自动生成,如何生成可参考右边的帮助文档


    前言

    🎃在讲解程序的并发执行与顺序执行的特征之前,我们先介绍用于描逑程序执行先后顺序的前趋图。
    🐱‍🐉所谓前趋图(Precedence Graph),是指一个有向无循环图,可记DAG(Directed Acyclic Graph),它用于描逑进程之间执行的先后顺序图中的每个结点可用来表示一个进程或程序段,乃至一条语句,结点间的有向边则表示两个结点之间存在的偏序(Partia1 Order)或前趋关系(Precedence Relation)。
    进程(或程序)之间的前趋关系可用“→”来表示,如果进程P,和P,存在着前趋关系,可表示为(P;, P)∈→,也可写成P一P;,表示在P,开始执行之前P,必须完成·此时称P是P,的直接前趋,而称P是P;的直接后继o

    在前趋图中,把没有前趋的结点称为初始结点(Initia1 Node),把没有后继的结点称为终止结点(Final Node)。此外,每个结点还具有一个重量(Weight) ,用于表示该结点所含有的程序量或程序的执行时间。


    一、程序顺序执行

    通常,一个应用程序由若干个程序段组成,每一个程序段完成特定的功能,它们在执行时,都需要按照某种先后次序顺序执行,仅当前一程序段执行完后,才运行后一程序段。
    例如,在进行计算时,应先运行输入程序,用于输入用户的程序和数据;然后运行计算程序,对所输入的数据进行计算;最后才是运行打印程序,打印计算结果。我们用结点(Node)代表各程序段的操作(在图2-1中用圆圈表示),其中I代表输入操作,c代表计算操作, Р为打印操作,用箭头指示操作的先后次序。
    这样,上述的三个程序段间就存在着这样的前趋关系: I→C→P,,其执行的顺序可用前趋图2-2(a)描述。
    在这里插入图片描述

    程序顺序执行时的特征

    🧶(1)由上所逑可以得知,在程序顺序执行时,具有这样三个特征:-1)顺序性:指处理机严格地按照程序所规定的顺序执行,即每一操作必须在下一个操作开始之前结束;
    🛒(2)封闭性:指程序在封闭的环境下运行,即程序运行时独占全机资源,资源的状态(除初始状态外)只有本程序才能改变它,程序一旦开始执行,其执行结果不受外界因素影响;
    👔(3 )可再现性:指只要程序执行时的环境和初始条件相同,当程序重复执行时,不论它是从头到尾不停顿地执行,还是“停停走走”地执行,都可获得相同的结果程序顺序执行时的这种特性,为程序员检测和校正程序的错误带来了很大的方便。
    🦺(4)唯一对应性:程序与执行过程一一对应。

    二、程序并发执行

    🍔在引入了程序间的并发执行功能后,虽然提高了系统的吞吐量和资源利用率,但由于它们共享系统资源,以及它们为完成同一项任务而相互合作,致使在这些并发执行的程序之间必将形成相互制约的关系,由此会给程序并发执行带来新的特征。
    (1)间断性(制约)
    (2)失去封闭性多个程序并发执行,共享资源,但跟他一起执行的其他程序可能可能也在改变资源的状态
    (3)不可再现性

    🥙失去程序的封闭性和可再现性
    若一个程序的执行可以改变另一个程序的变量,那么,后者的输出就可能有赖于各程序执行的相对速度,即失去了程序的封闭性特点。
    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述


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