48、并发编程技术全解析

并发编程技术全解析

1. 并发编程基础概念

1.1 并发与并行

并发是指多个任务在同一时间段内执行，而并行则是指多个任务在同一时刻执行。并行编程面临诸多挑战，如多核编程时，需要考虑任务的分配、同步等问题。Amdahl’s Law 指出，并行化的加速比受限于程序中串行部分的比例，其公式为：加速比 = 1 / ((1 - P) + P / N)，其中 P 是并行部分的比例，N 是处理器数量。

1.2 并发对象与一致性

并发对象的正确性至关重要，其包含多个重要的一致性概念：
- 线性izability：要求并发对象的操作在时间上看起来是原子的，就像在一个串行环境中执行一样。例如，在一个并发队列中，入队和出队操作的执行顺序应该符合线性化的要求。
- 顺序一致性：强调程序的执行顺序与程序代码的顺序一致。
- 静止一致性：允许在一段时间内，对象的状态可以不一致，但最终会达到一致。

1.3 同步与锁

同步是并发编程中解决共享资源访问冲突的关键。锁是最常用的同步机制，常见的锁类型包括：
- 自旋锁：如 Bakery 锁、Filter 锁等，线程会不断尝试获取锁，直到成功。
- 队列锁：如 CLH 队列锁、MCS 队列锁，通过队列来管理等待获取锁的线程。
- 读写锁：允许多个线程同时进行读操作，但写操作需要独占锁。

2. 数据结构与算法

2.1 哈希集合

哈希集合是一种常用的数据结构，用于快速查找元素。常见的哈希集合实现包括：
- 闭地址哈希集合：通过链表或数组来处理哈希冲突。
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