并发编程

抛砖引玉，同大家一起交流；可能会从两个大方向上来开始：一是来看看为什么并发编程难，包括涉及的一些基础硬件和操作系统相关的一点知识；二是一起来分析一下常同的并发模型，我们怎么通一个简单高效的并发模型来写出简单的并发实现（如线程与锁/actor/csp/）；

并发与并行

并发：是逻辑上发生的同时；如一个处理器同时处理多个任务，CPU时间片发生切换

并行：是物理上发生的同时；是多核处理器同时处理多个任务；

系统硬件体系架构

这里做一个假设，如果CPU1在对一个变量执行一个CAS的操作，而该变量的缓存行是在CPU7的高速缓存里面，那么可能的执行顺序可能是：

CPU1检查本地高速缓存，没有找到缓存行；

请求转发到CPU0与CPU1的互联模块，检查CPU0的本地高速缓存，没有找到缓存行；

请求转发到系统互联模块，检查其它三个芯片，得知缓存行被CPU6与CPU7所在的芯片持有；

请求被转发到CPU6和CPU7的互联模块，检查这两个CPU的高速缓存，在CPU7的高速缓存中找到缓存行；

CPU6将缓存行发送给所属的互联模块，并刷新自己高速缓存中的缓存行；

CPU6和CPU7的互联模块将缓存行发送给系统互联模块；

系统互联模块将缓存行发送给CPU0和CPU1的互联模块；

CPU0和CPU1的互联模块将缓存行发送给CPU1的高速缓存；

CPU1对高速缓存中的变量执行CAS操作；

这是一个简化并忽略了某些复杂的事件序列，因为:

其它CPU可能试图在相同的缓存行上执行并发的CAS操作；

缓存行可能被只读复制到其它的CPU高速缓存中，这种情况下有必要刷新它们的缓存；

当请求到达时，CPU7可能已经在缓存上操作，这种情况下CPU7必须你保留这个请求，直到请求完成、

CPU7可能已经从缓存中排出它的缓存行，这样当请求到达时，缓存行已经写入内存中了；

在缓存行中可能发生一个可纠正的错误，因此需要在使用数据前纠正它；

...

CPU的缓存一致性极其复杂，所以高效率(榨干最后一滴CPU资源，每瓦特性能)且可靠的并行编程总是太不容易!

除了CPU高速缓存还有许多其它因素，如内存引用、原子操作、内存屏障、I/O操作等等。

内存引用

微处理器从内存里读一个值的时间，微处理器可以用这段时间执行成成百甚至上行知指令，虽然一直在极大的减少内存访问的延迟，但是仍只有高度可以预测的数据访问模式才能让缓存发挥最大效果；

原子操作

CPU会通过一条『流水线』来控制CPU内部的指令流（现在微处理器都可以支持多条流水线并行），这种架构使得CPU流水线的可以一次执行多个操作，而原子操作正与这种特性有冲突；比如一种常见的技巧是标出所有包含原子操作所需数据的流水线，保证CPU在操作时，这些流水线都属于正在执行原子操作的CPU；如果我们按CPU一个时钟周期执行一条指指令（约为0.6ns），一个最好情况下的CAS操作也需要40个时钟周期；

内存屏障

这个比较好理解，一般有Load Barrier 和 Store Barrier即读屏障和写屏障，如JAVA中的volatile关键字

寄存器在执行前，为了提高性能，会对指令重排，而内存屏障会禁止指令重排；

强制将CPU高速存中的数据写回内存，让缓存中相关的数据失效，这又涉及到内存总线 CPU与内存的读写等等的性能损耗；

JVM对内存屏障的详细内容可以参考一下<>，作者是阿里大神方腾飞，也是 并发编程网 博主，总之很牛逼。

I/O操作

如高速缓存未命中（CPU之间的I/O），如果涉及到网络，大容量存储（磁盘），这类操作对于性能的影响更是远远大于上面提到几种的开销;

所以并行编程变得复杂，除了与硬件的交互、还有任务分割、并行访问控制等；这些如线程、锁、屏障等，我们在实际工作中应尽量避免直接控制它们，因为它们都有怪脾气，处处是陷井；庆辛随着为并发设计编程语言的兴起（Elang，Scala，Golang等），在释放多核威力的同时，也一定程度降低了并发程序的难度。特别Golang也是Docker这类明星产品的实现语言。

Golang并发模式(CSP)并发内核

(注，该图引自网络)

其中M是一个内核线程，P是调度器，G是一个协程，灰色的G为挂起的协程；Go通过协程goroutine提供语言层面的调度器，实现高效的M:N（M个用户线程对应N个os内核线程）对应关系，使用goroutine做为并发实体，非常的轻量级，理论可以很轻松的创建上十万个goroutine。

P作为调度器，作用类似于CPU的核，每个工作线程都必须绑定一个有效的P才被允许执行，否则只能休眠等到有空闲的P时被唤醒；P还要为线程提供执行资源，如为对象分配内存 本地任务队更等；

而实际的执行体是M（OS内核线程），和P绑定 不停的获取执行G的并发任务。M通过修改寄存器，将执行栈指向G自带的栈内存；

P/M是执行的组合体，但是两者数量并非是一一对应，M由调度器按需创建，比如当M陷于一个IO操作长时间阻塞，P就会被监控线程抢回去去创建或唤醒一个M执行其它任务。

如果想深入了解，建议可以看看雨痕写的 <<源码解析>> 郁闷的点是有汇编和C的代码...

从一段简单的代码来看

主协程调用producer，创建了个生产者协程，并返回了一个通道，这里也可以理解为一个服务。

主协程的do_something执行业务逻辑。

JAVA的同学从简单理解就当chan就是JAVA中的队列（用通讯的方式共享内存）

先做抛砖引玉，后续再专门针对Go 和Actor做一些分享，交流。