十分钟读懂：Java并发——CSP模型-白红宇

十分钟读懂：Java并发——CSP模型

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发布时间：2019-06-15

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Go

Go是一门号称从语言层面支持并发的编程语言，支持并发也是Go非常重要的特性之一

Go支持协程，协程可以类比Java中的线程，解决并发问题的难点在于线程（协程）之间的协作

Go提供了两种方案
- 支持协程之间以共享内存的方式通信，Go提供了管程和原子类来对协程进行同步控制，该方案与Java类似
- 支持协程之间以消息传递的方式通信，本质上是要避免共享，该方案是基于CSP模型实现的，Go推荐该方案

CSP模型

CSP：Communicating Sequential Processes

Do not communicate by sharing memory; instead, share memory by communicating.

累加器

package mainimport (    "fmt"    "time")func main() {    singleCoroutine()    multiCoroutine()}// 单协程，只能用到CPU的一个核func singleCoroutine() {    var result, i uint64    start := time.Now()    for i = 1; i <= 10000000000; i++ {        result += i    }    elapsed := time.Since(start)    fmt.Println(elapsed, result) // 4.330357206s 13106511857580896768}// 多协程func multiCoroutine() {    var result uint64    start := time.Now()    ch1 := calc(1, 2500000000)    ch2 := calc(2500000001, 5000000000)    ch3 := calc(5000000001, 7500000000)    ch4 := calc(7500000001, 10000000000)    // 主协程需要与子协程通信，Go中协程之间的通信推荐使用channel    result = <-ch1 + <-ch2 + <-ch3 + <-ch4    // ch1只能读取数据，如果通过ch1写入数据，编译时会报错    // ch1 <- 7 // invalid operation: ch1 <- 7 (send to receive-only type <-chan uint64)    elapsed := time.Since(start)    fmt.Println(elapsed, result) // 1.830920702s 13106511857580896768}// 返回一个只能接收数据的channel// 方法创建的子协程会把计算结果发送到这个channel，而主协程会通过channel把计算结果取出来func calc(from uint64, to uint64) <-chan uint64 {    // channel用于协程间的通信，这是一个无缓冲的channel    channel := make(chan uint64)    go func() {        result := from        for i := from + 1; i <= to; i++ {            result += i        }        // 将结果写入channel        channel <- result    }()    // 返回用于通信的channel    return channel}

生产者-消费者模式

可以把Go实现的CSP模式类比成生产者-消费者模式，而channel类比成生产者-消费者模式中的阻塞队列

Go中channel的容量可以为0，容量为0的channel被称为无缓冲的channel，容量大于0的channel被称为有缓冲的channel

无缓冲的channel类似于Java中提供的SynchronousQueue，主要用途是在两个协程之间做数据交换

Go中的channel是语言层面支持的，使用左向箭头<-完成向channel发送数据和读取数据的任务

Go中的channel是支持双向传输的，即一个协程既可以通过它发送数据，也可以通过它接收数据

Go中的双向channel可以变成一个单向channel
- calc中创建了一个双向channel，但是返回的是一个只能接收数据的单向channel
- 所以在主协程中，只能通过该channel接收数据，而不能通过它发送数据

// 创建一个容量为4的channelchannel := make(chan int, 4)// 创建4个协程，作为生产者for i := 0; i < 4; i++ {    go func() {        channel <- 7    }()}// 创建4个协程，作为消费者for i := 0; i < 4; i++ {    go func() {        o := <-channel        fmt.Println("received : ", o)    }()}

Actor模式

Go实现的CSP模式和Actor模式都是通过消息传递的方式来避免共享，主要有以下三个区别

Actor模型中没有channel，Actor模型中的Mailbox与channel非常类似，看起来都是FIFO队列，但本质区别很大

Actor模型
- Mailbox对程序员是透明的，Mailbox明确归属于某一个特定的Actor，是Actor模型的内部机制
- Actor之间可以直接通信，不需要通信媒介

CSP模型
- channel对于程序员来说是可见的
- channel是通信媒介，传递的消息都直接发送到channel中

Actor模型中发送消息是非阻塞的，而CSP模型中是阻塞的

Go实现的CSP模型，channel是一个阻塞队列

当阻塞队列已满的时候，向channel发送数据，会导致发送消息的协程阻塞

Actor模型理论上不保证消息百分比送达，而Go实现的CSP模型中，是能保证消息百分百送达的（代价：可能导致死锁）

func main() {    // 无缓冲的channel    channel := make(chan int)    // fatal error: all goroutines are asleep - deadlock!    // 主协程会阻塞在此处，发生死锁    <-channel}