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并行计算基础
为什么需要并行
- Linus Torvalds ：并行计算只有在 图像处理 和 服务端编程 2个领域可以使用，并且它在这2个领域确实有着大量广泛的使用。但是在其它任何地方，并行计算毫无建树！
并行计算还出于业务模型的需要
- 并不是为了提高系统性能，而是确实在业务上需要多个执行单元。
- 比如HTTP服务器，为每一个Socket连接新建一个处理线程
- 让不同线程承担不同的业务工作
- 简化任务调度
几个重要的概念
- 同步（synchronous）和异步（asynchronous）
- 并发（Concurrency）和并行（Parallelism）
- 临界区
- 阻塞（Blocking）和非阻塞（Non-Blocking）
- 锁（Deadlock）、饥饿（Starvation）和活锁（Livelock）
- 并行的级别
1.同步（synchronous）和异步（asynchronous）
2.并发（Concurrency）和并行（Parallelism）
3.临界区
临界区用来表示一种公共资源或者说是共享数据，可以被多个线程使用。但是每一次，只能有一个线程 使用它，一旦临界区资源被占用，其他线程要想使用这个资源，就必须等待。
4.阻塞（Blocking）和非阻塞（Non-Blocking）
阻塞和非阻塞通常用来形容多线程间的相互影响。
比如一个线程占用了临界区资源，那么其它所有需要 这个资源的线程就必须在这个临界区中进行等待，等待会导致线程挂起。这种情况就是阻塞。此时，如果占用资源的线程一直不愿意释放资源，那么其它所有阻塞在这个临界区上的线程都不能工作。
非阻塞允许多个线程同时进入临界区
5.死锁（Deadlock）、饥饿（Starvation）和活锁（Livelock）
饥饿是指某一个或者多个线程因为种种原因无法获得所需要的资源，导致一直无法执行.
6.并发级别
- 阻塞 当一个线程进入临界区后，其他线程必须等待
- 非阻塞
- 无障碍 无障碍是一种最弱的非阻塞调度,自由出入临界区,无竞争时，有限步内完成操作,有竞争时，回滚数据
- 无锁 是无障碍的,保证有一个线程可以胜出
- 无等待 无锁的,要求所有的线程都必须在有限步内完成,无饥饿的
有关并行的2个重要定律
Amdahl定律（阿姆达尔定律）
Amdahl定律（阿姆达尔定律） – 定义了串行系统并行化后的加速比的计算公式和理论上限 – 加速比定义：加速比=优化前系统耗时/优化后系统耗时
加速比= 优化前系统耗时/ 优化后系统耗时=500/400=1.25
结论：
增加CPU处理器的数量并不一定能起到有效的作用,提高系统内可并行化的模块比重，合理增加并行处理器数量才能以最小的投入，得到最大的加速比
Gustafson定律（古斯塔夫森）
说明处理器个数，串行比例和加速比之间的关系
结论：
只要有足够的并行化，那么加速比和CPU个数成正比
线程的基本操作
中断线程
代码语言：javascript复制public void Thread.interrupt() // 中断线程
public boolean Thread.isInterrupted() // 判断是否被中断
public static boolean Thread.interrupted() // 判断是否被中断，并清除当前中断状态挂起（suspend）和继续执行（resume）线程
– suspend()不会释放锁 – 如果加锁发生在resume()之前 ，则死锁发生
等待线程结束（join）和谦让(yeild)
代码语言：javascript复制public final void join() throws InterruptedException
public final synchronized void join(long millis) throws InterruptedException
static void yield() 对调度程序的一个暗示，即当前线程愿意产生当前使用的处理器。 线程执行完毕后，系统会调用notifyAll();
不要在Thread实例上使用 wait()和notify()方法
守护线程
- 在后台默默地完成一些系统性的服务，比如垃圾回收线程、JIT线程就可以理解为守护线程
- 当一个Java应用内，只有守护线程时，Java虚拟机就会自然退出
线程优先级
代码语言：javascript复制public final static int MIN_PRIORITY = 1;
public final static int NORM_PRIORITY = 5;
public final static int MAX_PRIORITY = 10;
Thread high=new HightPriority();
LowPriority low=new LowPriority();
high.setPriority(Thread.MAX_PRIORITY);
low.setPriority(Thread.MIN_PRIORITY);
low.start();
high.start();基本的线程同步操作
synchronized
– 指定加锁对象：对给定对象加锁，进入同步代码前要获得给定对象的锁。 – 直接作用于实例方法：相当于对当前实例加锁，进入同步代码前要获得当前实例的锁。 – 直接作用于静态方法：相当于对当前类加锁，进入同步代码前要获得当前类的锁。
Object.wait() Obejct.notify()
