并發與高并發系列第一集-基礎與概念
本文轉載自微信公眾號「安琪拉的博客」，作者安琪拉。轉載本文請聯系安琪拉的博客公眾號。
面試官：看你簡歷上寫，最近正在寫并發編程方面的博客，是吧?
安琪拉：閑來無事，看看閑書，寫寫段子，承蒙讀者厚愛，有此打算。
面試官：少跟我這拽文，“閑來無事”?阿里不用996嗎?
安琪拉：修福報，你知道嗎?..... 技術人的日常，能算996嗎?
面試官：算了算了，還是聊正題，你先跟我講講什么是并發?
安琪拉：并發就是存在兩個或多個線程，這些線程同時操作相同的物理機中的資源。
面試官：那并發跟并行有什么區別呢?
安琪拉：舉個生活中的例子就懂了：
你在打王者榮耀，這個時候女朋友找你視頻，你一直打完王者榮耀才接，說明你不支持并發(也不支持并行);
你在打王者榮耀，這個時候女朋友給你發了微信，你退出王者榮耀，回完微信再回到王者，微信和王者間來回切換，說明你支持并發，但不支持并行;
你在打王者榮耀，這個時候女朋友給你打電話，你邊打榮耀邊接電話，說明你支持并行。
并行的關鍵點是物理的“同時”，我們在單核CPU的時候，既能寫代碼也能聽歌，這個多線程實際是基于操作系統根據CPU時間片做的任務輪轉，是偽“同時”，只能說是并發，不能算并行，但是多核CPU可以支持每個核同時運行任務，是真實的“同時”，是并行。
Erlang 之父 Joe Armstrong 畫了一張圖解釋了并發與并行的區別，Concurrent (并發)，Parallel (并行)。
并發允許二隊小孩輪流使用咖啡機，并行是同時存在二臺咖啡機，二隊小孩同時使用，不沖突。
面試官：那高并發呢?你了解高并發嗎?
安琪拉：【心里想，該來的還是來了，要造火箭了】
你說High Concurrency(高并發)是吧(先拽句英文)。
通常我們談論并發的時候，更多的關注點在于線程安全，但是討論高并發時，關注點不僅僅是線程安全問題，而是如何在短時間內處理大量請求，保證系統響應時間和吞吐量的可靠，更多關注的是穩定性問題(SRE)，高并發涉及的是完整的系統知識，線程安全只是其中一小部分。
高并發是現在互聯網設計系統中需要考慮的一個重要因素之一，通常來說，就是通過嚴謹的設計來保證系統能夠同時并行處理很多的請求。這就是大家常說的「 高并發 」。也就是說系統能夠在某一時間段內提供很多請求，但是不會影響系統的性能。如果想設計出高可用和高性能的系統，就應該從很多的方面來考慮，例如應該從硬件、軟件、編程語言的選擇、網絡方面的考慮、系統的整體架構、數據結構、算法的優化、數據庫的優化等等多方面。這其中的每一點展開來說都要說很多的知識，安琪拉會在后續課程更新這部分內容。
面試官：那你跟我講講你們系統的QPS有多少?
安琪拉：大促場景能有個10W+的QPS，日常業務高峰期也有2W+，其他時間幾千。
其實對于大部分的系統，幾十、幾百很正常，QPS能過千的就已經不低了，有的業務會有峰值，QPS穩定過萬的系統實際中不多，所以大家日常可以關注一下自己系統的QPS，這個問題面試經常會問。
面試官：一般我們有什么工具可以模擬并發請求呢?
安琪拉：PostMan、Apache Bench(AB)、Jmeter，推薦使用Jmeter。
面試官：那你能寫段代碼，演示一下并發安全的問題嗎?
安琪拉：可以啊。筆遞給我一下，順便幫我拿下A4紙。
- public class ConcurrencySafeTest {
- private static int counter = 0;
- public static void main(String[] args) {
- //使用線程池
- ThreadPoolExecutor threadPool = (ThreadPoolExecutor) Executors.newCachedThreadPool();
- //提交2000個任務
- for(int i = 0; i < 2000; i++) {
- threadPool.submit(new Add());
- }
- threadPool.shutdown();
- System.out.println(counter);
- }
- static class Add implements Runnable {
- @Override
- public void run() {
- counter++;
- }
- }
- }
我們進行計數操作，執行2000次，預期的執行結果應該是2000，但是實際執行結果如下：
- 1971
- 1987
因為《并發》系列是從基礎開始講的，上面的代碼部分內容涉及到后面的一些內容，比如線程池和線程的使用，這里只要大致了解并發的安全問題，后面會有詳細說明，后面面試官的問題作為擴展閱讀。
面試官：看到你代碼中用了CachedThreadPool，那2000次任務執行，CachedThreadPool 線程池創建了多少個線程?
安琪拉：答案是不確定，CachedThreadPool 緩存了線程(復用線程)，沒有讓任務排隊，來一個任務，要么復用已有線程處理，要么新建一個線程處理。那我們怎么確定線程池創建過多少個線程呢?可以加一段代碼打印出來。
如下:
- private static int counter = 0;
- public static void main(String[] args) {
- //使用線程池
- ThreadPoolExecutor threadPool = (ThreadPoolExecutor) Executors.newCachedThreadPool();
- //提交2000個任務
- for(int i = 0; i < 2000; i++) {
- threadPool.submit(new Add());
- }
- threadPool.shutdown();
- //打印最多使用線程數
- System.out.println("largestPoolSize:" + threadPool.getLargestPoolSize());
- System.out.println(counter);
- }
輸出結果如下：
- 第一次:
- largestPoolSize:11
- 1937
- 第一次:
- largestPoolSize:14
- 1956
- 第一次:
- largestPoolSize:31
- 1970
可以看到每次都不一樣，線程池之前有文章講過，這個系列后面還會深入講解。
關于 largestPoolSize, 注釋說明了，記錄線程池中最大的線程數。
- /**
- * Tracks largest attained pool size. Accessed only under
- * mainLock.
- */
- private int largestPoolSize;
面試官：看你代碼中寫了調用線程池的shutdown，那shutdown 和 shutdownNow 方法什么區別?
安琪拉：shutdown 是將線程池的狀態設置為SHUTWDOWN狀態，正在執行的任務會繼續執行下去，沒有被執行的則中斷。而shutdownNow則是將線程池的狀態設置為STOP，正在執行的任務則被停止，沒被執行任務的則返回。
源碼對比：
- //shutdown
- public void shutdown() {
- final ReentrantLock mainLock = this.mainLock;
- mainLock.lock();
- try {
- checkShutdownAccess();
- //設置線程池狀態為SHUTDOWN
- advanceRunState(SHUTDOWN);
- interruptIdleWorkers();
- onShutdown(); // hook for ScheduledThreadPoolExecutor
- } finally {
- mainLock.unlock();
- }
- tryTerminate();
- }
- public List<Runnable> shutdownNow() {
- List<Runnable> tasks;
- final ReentrantLock mainLock = this.mainLock;
- mainLock.lock();
- try {
- checkShutdownAccess();
- //設置線程池狀態為STOP
- advanceRunState(STOP);
- interruptWorkers();
- //把隊列剩余等待執行任務取出，返回
- tasks = drainQueue();
- } finally {
- mainLock.unlock();
- }
- tryTerminate();
- return tasks;
- }
面試官：線程池有哪幾種狀態?
安琪拉：5種，注意這里說的是線程池的狀態，不是線程的狀態。下面是線程池的狀態流轉圖：
本文是《并發》系列第一集，主要介紹了一些并發、并行、高并發的一些基礎概念，以及并發安全問題的案例，下一集講并發的風險與優勢和CPU多級緩存，以及一些內存操作的指令，然后說Java內存模型。
完整大綱參考：
