《并发与高并发系列第一集-基础与概念》
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2021-08-09 18:09
作者丨安琪拉
来源丨安琪拉的博客
面试官：看你简历上写，最近正在写并发编程方面的博客，是吧？
安琪拉：闲来无事，看看闲书，写写段子，承蒙读者厚爱，有此打算。
面试官：少跟我这拽文，“闲来无事”？阿里不用996吗？
安琪拉：修福报，你知道吗？..... 技术人的日常，能算996吗？
面试官：算了算了，还是聊正题，你先跟我讲讲什么是并发？
安琪拉：并发就是存在两个或多个线程，这些线程同时操作相同的物理机中的资源。
面试官：那并发跟并行有什么区别呢？
安琪拉：举个生活中的例子就懂了：
你在打王者荣耀，这个时候女朋友找你视频，你一直打完王者荣耀才接，说明你不支持并发(也不支持并行); 你在打王者荣耀，这个时候女朋友给你发了微信，你退出王者荣耀，回完微信再回到王者，微信和王者间来回切换，说明你支持并发，但不支持并行； 你在打王者荣耀，这个时候女朋友给你打电话，你边打荣耀边接电话，说明你支持并行。
并行的关键点是物理的“同时”，我们在单核CPU的时候，既能写代码也能听歌，这个多线程实际是基于操作系统根据CPU时间片做的任务轮转，是伪“同时”，只能说是并发，不能算并行，但是多核CPU可以支持每个核同时运行任务，是真实的“同时”，是并行。
Erlang 之父 Joe Armstrong 画了一张图解释了并发与并行的区别，Concurrent (并发)，Parallel (并行)。
并发允许二队小孩轮流使用咖啡机，并行是同时存在二台咖啡机，二队小孩同时使用，不冲突。
面试官：那高并发呢？你了解高并发吗？
安琪拉：【心里想，该来的还是来了，要造火箭了】
你说High Concurrency（高并发）是吧（先拽句英文）。
通常我们谈论并发的时候，更多的关注点在于线程安全，但是讨论高并发时，关注点不仅仅是线程安全问题，而是如何在短时间内处理大量请求，保证系统响应时间和吞吐量的可靠，更多关注的是稳定性问题（SRE），高并发涉及的是完整的系统知识，线程安全只是其中一小部分。
高并发是现在互联网设计系统中需要考虑的一个重要因素之一，通常来说，就是通过严谨的设计来保证系统能够同时并行处理很多的请求。这就是大家常说的「 高并发 」。也就是说系统能够在某一时间段内提供很多请求，但是不会影响系统的性能。如果想设计出高可用和高性能的系统，就应该从很多的方面来考虑，例如应该从硬件、软件、编程语言的选择、网络方面的考虑、系统的整体架构、数据结构、算法的优化、数据库的优化等等多方面。这其中的每一点展开来说都要说很多的知识，安琪拉会在后续课程更新这部分内容。
面试官：那你跟我讲讲你们系统的QPS有多少？
安琪拉：大促场景能有个10W+的QPS，日常业务高峰期也有2W+，其他时间几千。
其实对于大部分的系统，几十、几百很正常，QPS能过千的就已经不低了，有的业务会有峰值，QPS稳定过万的系统实际中不多，所以大家日常可以关注一下自己系统的QPS，这个问题面试经常会问。
面试官：一般我们有什么工具可以模拟并发请求呢？
安琪拉：PostMan、Apache Bench（AB）、Jmeter，推荐使用Jmeter。
面试官：那你能写段代码，演示一下并发安全的问题吗？
安琪拉：可以啊。笔递给我一下，顺便帮我拿下A4纸。
public class ConcurrencySafeTest {
private static int counter = 0;
public static void main(String[] args) {
//使用线程池
ThreadPoolExecutor threadPool = (ThreadPoolExecutor) Executors.newCachedThreadPool();
//提交2000个任务
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++;
}
}
}
我们进行计数操作，执行2000次，预期的执行结果应该是2000，但是实际执行结果如下：
1971
1987
因为《并发》系列是从基础开始讲的，上面的代码部分内容涉及到后面的一些内容，比如线程池和线程的使用，这里只要大致了解并发的安全问题，后面会有详细说明，后面面试官的问题作为扩展阅读。
面试官：看到你代码中用了CachedThreadPool，那2000次任务执行，CachedThreadPool 线程池创建了多少个线程？
安琪拉：答案是不确定，CachedThreadPool 缓存了线程（复用线程），没有让任务排队，来一个任务，要么复用已有线程处理，要么新建一个线程处理。那我们怎么确定线程池创建过多少个线程呢？可以加一段代码打印出来。
如下:
private static int counter = 0;
public static void main(String[] args) {
//使用线程池
ThreadPoolExecutor threadPool = (ThreadPoolExecutor) Executors.newCachedThreadPool();
//提交2000个任务
for(int i = 0; i < 2000; i++) {
threadPool.submit(new Add());
}
threadPool.shutdown();
//打印最多使用线程数
System.out.println("largestPoolSize:" + threadPool.getLargestPoolSize());
System.out.println(counter);
}
输出结果如下：
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样，线程池之前有文章讲过，这个系列后面还会深入讲解。
关于 largestPoolSize, 注释说明了，记录线程池中最大的线程数。
/**
* Tracks largest attained pool size. Accessed only under
* mainLock.
*/
private int largestPoolSize;
面试官：看你代码中写了调用线程池的shutdown，那shutdown 和 shutdownNow 方法什么区别？
安琪拉：shutdown 是将线程池的状态设置为SHUTWDOWN状态，正在执行的任务会继续执行下去，没有被执行的则中断。而shutdownNow则是将线程池的状态设置为STOP，正在执行的任务则被停止，没被执行任务的则返回。
源码对比：
//shutdown
public void shutdown() {
final ReentrantLock mainLock = this.mainLock;
mainLock.lock();
try {
checkShutdownAccess();
//设置线程池状态为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();
//设置线程池状态为STOP
advanceRunState(STOP);
interruptWorkers();
//把队列剩余等待执行任务取出，返回
tasks = drainQueue();
} finally {
mainLock.unlock();
}
tryTerminate();
return tasks;
}
面试官：线程池有哪几种状态？
安琪拉：5种，注意这里说的是线程池的状态，不是线程的状态。下面是线程池的状态流转图：
本文是《并发》系列第一集，主要介绍了一些并发、并行、高并发的一些基础概念，以及并发安全问题的案例，下一集讲并发的风险与优势和CPU多级缓存，以及一些内存操作的指令，然后说Java内存模型。
完整大纲参考：
-End-
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