Java协程实践指南(一)

一. 协程产生的背景

说起协程,大多数人的第一印象可能就是GoLang,这也是Go语言非常吸引人的地方之一,它内建的并发支持。Go语言并发体系的理论是C.A.R Hoare在1978年提出的CSP(Communicating Sequential Process,通讯顺序进程)。CSP有着精确的数学模型,并实际应用在了Hoare参与设计的T9000通用计算机上。从NewSqueak、Alef、Limbo到现在的Go语言,对于对CSP有着20多年实战经验的Rob Pike来说,他更关注的是将CSP应用在通用编程语言上产生的潜力。作为Go并发编程核心的CSP理论的核心概念只有一个:同步通信。

首先要明确一个概念:并发不是并行。并发更关注的是程序的设计层面,并发的程序完全是可以顺序执行的,只有在真正的多核CPU上才可能真正地同时运行。并行更关注的是程序的运行层面,并行一般是简单的大量重复,例如GPU中对图像处理都会有大量的并行运算。为更好的编写并发程序,从设计之初Go语言就注重如何在编程语言层级上设计一个简洁安全高效的抽象模型,让程序员专注于分解问题和组合方案,而且不用被线程管理和信号互斥这些繁琐的操作分散精力。

在并发编程中,对共享资源的正确访问需要精确的控制,在目前的绝大多数语言中,都是通过加锁等线程同步方案来解决这一困难问题,而Go语言却另辟蹊径,它将共享的值通过Channel传递(实际上多个独立执行的线程很少主动共享资源)。在任意给定的时刻,最好只有一个Goroutine能够拥有该资源。数据竞争从设计层面上就被杜绝了。为了提倡这种思考方式,Go语言将其并发编程哲学化为一句口号:

Do not communicate by sharing memory; instead, share memory by communicating.
不要通过共享内存来通信,而应通过通信来共享内存。

这是更高层次的并发编程哲学(通过管道来传值是Go语言推荐的做法)。虽然像引用计数这类简单的并发问题通过原子操作或互斥锁就能很好地实现,但是通过Channel来控制访问能够让你写出更简洁正确的程序。

在《七周七并发模型》中描述的七种并发编程模型。

参考: https://www.cnblogs.com/barrywxx/p/10406978.html

线程与锁:线程与锁模型有很多众所周知的不足,但仍是其他模型的技术基础,也是很多并发软件开发的首选。

函数式编程:函数式编程日渐重要的原因之一,是其对并发编程和并行编程提供了良好的支持。函数式编程消除了可变状态,所以从根本上是线程安全的,而且易于并行执行。

Clojure之道——分离标识与状态:编程语言Clojure是一种指令式编程和函数式编程的混搭方案,在两种编程方式上取得了微妙的平衡来发挥两者的优势。

actor:actor模型是一种适用性很广的并发编程模型,适用于共享内存模型和分布式内存模型,也适合解决地理分布型问题,能提供强大的容错性。

通信顺序进程(Communicating Sequential Processes,CSP):表面上看,CSP模型与actor模型很相似,两者都基于消息传递。不过CSP模型侧重于传递信息的通道,而actor模型侧重于通道两端的实体,使用CSP模型的代码会带有明显不同的风格。

数据级并行:每个笔记本电脑里都藏着一台超级计算机——GPU。GPU利用了数据级并行,不仅可以快速进行图像处理,也可以用于更广阔的领域。如果要进行有限元分析、流体力学计算或其他的大量数字计算,GPU的性能将是不二选择。

Lambda架构:大数据时代的到来离不开并行——现在我们只需要增加计算资源,就能具有处理TB级数据的能力。Lambda架构综合了MapReduce和流式处理的特点,是一种可以处理多种大数据问题的架构。

通常语言的并发模型有以下几种。

线程模型

操作系统抽象,开发效率高,IO密集、高并发下切换开销大。

异步模型

编程框架抽象,执行效率高,破坏结构化编程,开发门槛高。

协程模型

语言运行时抽象,轻量级线程,兼顾开发效率和执行效率。

二. Java协程发展历程

Java本身有着丰富的异步编程框架,比如说CompletableFuture,在一定程度上缓解了Java使用协程的紧迫性。

在2010年,JKU大学发表了一篇论文《高效的协程》,向OpenJdk社区提了一个协程框架的Patch,在2013年Quasar和Coroutine,这两种协程框架不需要修改Runtime,在协程切换时本来是要保存调用栈的,但是它们不保存这个调用栈,而是在切换时回溯调用链,生成一个状态机,将状态机保存起来。

Java协程实践指南(一)

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