8、并发编程中的进度条件与 Java 内存模型解析

并发编程中的进度条件与 Java 内存模型解析

1. 并发系统中的进度条件

在并发系统中，线性一致性是一种重要的正确性条件，适用于并发和实时响应至关重要的系统。不过，非阻塞属性并不排除在特定情况下的阻塞。例如，当一个线程尝试从空队列中出队时，它可能会阻塞，直到另一个线程入队一个元素。

线性一致性的非阻塞属性表明，任何挂起的调用都有正确的响应，但没有说明如何计算这样的响应。以基于锁的队列为例，假设队列初始为空，线程 A 在入队元素 x 的过程中暂停，线程 B 随后调用出队方法。非阻塞属性保证 B 的出队调用有响应，可能抛出异常或返回 x。然而，在这个实现中，B 无法获取锁，只要 A 被延迟，B 就会被延迟。这种实现被称为阻塞实现，因为一个线程的意外延迟可能会阻止其他线程取得进展。

线程延迟在多处理器中很常见，如缓存未命中、页面错误或操作系统的抢占等，这些延迟取决于机器和操作系统的具体情况。

下面介绍几种不同的进度条件：
- 无等待（Wait-Free） ：一个方法是无等待的，如果它保证每个调用都能在有限步骤内完成执行。如果方法调用的步骤数有界限，则称为有界无等待，这个界限可能取决于线程数量。例如，Bakery 算法的入口部分是有界无等待的，界限就是线程数量。性能不依赖于活动线程数量的无等待方法称为与线程数量无关的无等待方法。如果一个对象的方法是无等待的，我们就说这个对象是无等待的；在面向对象语言中，如果一个类的所有对象实例都是无等待的，我们就说这个类是无等待的。无等待是一种非阻塞进度条件，意味着一个线程的任意意外延迟不一定会阻止其他线程取得进展。如图 3.3 所示的队列是无等待的，而基于锁的队列不是非阻塞的，因为