并發(fā)編程之臨界區(qū)\阻塞\非阻塞\死鎖\饑餓\活鎖

本文介紹并發(fā)編程中的若干概念，實際上在筆者之前的文章中，已經介紹過很多概念。比如：并發(fā)與并行、同步與異步、鎖與信號量等等。參考《并發(fā)編程專欄》，本文繼續(xù)介紹一些相對深入一些的概念

一、臨界區(qū)

為了方便大家理解，我們先看下面的這樣一張圖，我們可以把房子看作一個進程，每個房子里面的住戶及其活動看作一個線程，飲水機、健身器材、廁所都屬于共享資源。這里的共享資源實際就是臨界區(qū)的概念，臨界區(qū)的資源在同一時間只能被一個線程(住戶)使用，所以一旦臨界資源被占用，其他的線程(住戶)能做的就只有等待。

比如，在一個出租房內，住戶A占用了廁所，在他使用廁所的這段時間內廁所這個資源就是他獨占的。如果住戶B此時也想上廁所，就只能等待住戶A上完廁所之后才可以繼續(xù)使用該資源。

二、阻塞和非阻塞

了解了臨界區(qū)的概念之后，阻塞概念就好理解了。一個線程先占用了臨界區(qū)的資源，此時如果其他的線程想使用臨界區(qū)資源就必須等待。這種占用臨界區(qū)資源，阻塞其他線程繼續(xù)執(zhí)行的情況就是線程阻塞（Blocking）。

然而說到非阻塞，一般說的就是是否對當前線程自己產生阻塞，比如：

我執(zhí)行一個任務，比如使用飲水機接水。我拿了一個杯子接水，而我必須在飲水機前面等著水接完，這種就是阻塞式線程。

如果我拿了杯子接水，把杯子放到飲水機下面，智能飲水機會在杯子接滿水之后，自動對我發(fā)出異步通知(比如聲音告警)。我可以在此期間做其他的事情，這種就是非阻塞式線程（Non-Blocking）。非阻塞式線程，從編程的角度一般都是通過回調函數，或者響應式編程(Reactive programming)實現的。

三、死鎖、饑餓和活鎖

死鎖：我們來看上面的這張圖，在十字路口A車道的A1車向轉向B車道，但B車道入口被B1車占用；在十字路口B車道的B1車想轉向C車道，但C車道入口被C1車占用；在十字路口C車道的C1車想轉向D車道，但D車道入口被D1車占用；在十字路口D車道的D1車想轉向A車道，但A車道入口被A1車占用；也就是說：線程因為資源競爭，彼此需要資源又都無法釋放，導致線程無法獲取下一步執(zhí)行所需的資源，導致死鎖產生。

饑餓：舉個例子農民給小雞喂食，如果有五只雞每次都剛好給五只雞的飼料量。無法避免的是有的雞吃的量超過規(guī)劃量，最終導致某一只雞無法吃到足夠的飼料。由于它無法吃到足夠的飼料，它就比較瘦弱，搶食的能力弱。惡性循環(huán)，最終很可能被餓死。具體到編程層面，就是某一線程A的優(yōu)先級比較低，然后優(yōu)先級高的線程又經常占用資源不釋放，線程A長期無法得到有效執(zhí)行，處于饑餓狀態(tài)。極端情況下，可能被餓死。

活鎖：相對于"死鎖"和"饑餓"，活鎖是一種相對好的狀態(tài)。大家在生活中肯定遇到過這樣一種情況，你在樓梯拐角遇到一個同事，空間有限所以二人卡住了。你向左移動，你的同事也向左移動；你向右移動，你的同事也向右移動；所以你們兩個人都無法向前移動，這就是一個典型的活鎖。因為人是高智慧的動物，又都懂得禮讓，所以對于人來說"活鎖"的問題很好解決，只要其中一個人原地不動，另一個人動一下就過去了。但是多線程面對活鎖的時候就沒有那么智能了，有可能出現不斷地釋放資源(向左移)、占用資源(向右移)的循環(huán)中，即使最終活鎖被解開，其資源開銷及時間成本都是很大的。

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