《并发性控制与同步机制》课件.ppt

并发性控制与同步机制

课程介绍：并发编程的重要性随着多核处理器的普及，并发编程变得越来越重要。并发编程能够充分利用多核处理器的计算能力，提高程序的执行效率。在现代软件开发中，并发编程广泛应用于各种场景，例如Web服务器、数据库系统、分布式系统等。掌握并发编程技术，对于提升软件的性能和可伸缩性至关重要。本课程将介绍并发编程的基本概念、挑战以及常用的同步机制。通过学习本课程，你将能够理解并发编程的本质，掌握解决并发问题的有效方法，并能够应用并发编程技术来构建高性能的应用程序。多核利用充分利用多核处理器提升效率高并发支持高并发请求高吞吐

什么是并发？并发vs并行并发（Concurrency）是指在同一时间段内，多个任务都在执行。并行（Parallelism）是指在同一时刻，多个任务同时执行。并发和并行是不同的概念，并发强调的是多个任务在时间上的重叠，而并行强调的是多个任务在空间上的同时执行。在单核处理器上，并发是通过时间片轮转来实现的，而在多核处理器上，可以实现真正的并行。理解并发和并行的区别，有助于我们更好地设计和实现并发程序。并发编程的目标是提高程序的响应性和资源利用率，而并行编程的目标是提高程序的执行速度。在实际应用中，我们需要根据具体的需求选择合适的并发模型。并发多个任务在同一时间段内执行，逻辑上是同时进行的。并行

并发编程的挑战：数据竞争、死锁等并发编程面临着许多挑战，其中最主要的是数据竞争和死锁。数据竞争（DataRace）是指多个线程同时访问共享数据，并且至少有一个线程在修改数据，导致数据的不一致性。死锁（Deadlock）是指多个线程互相等待对方释放资源，导致所有线程都无法继续执行。除了数据竞争和死锁之外，并发编程还面临着活锁、饥饿等问题。这些问题都可能导致程序的异常行为，甚至崩溃。因此，在进行并发编程时，必须充分考虑这些挑战，并采取相应的措施来避免它们。1数据竞争多个线程同时访问共享数据2死锁多个线程互相等待资源3活锁线程不断重试但无法成功饥饿

并发性控制的目标：保证数据一致性和程序正确性并发性控制的目标是保证数据的一致性和程序的正确性。数据一致性（DataConsistency）是指在并发环境下，数据必须保持正确的状态，不能出现数据损坏或不一致的情况。程序正确性（ProgramCorrectness）是指在并发环境下，程序必须按照预期的逻辑执行，不能出现错误的结果或异常的行为。为了实现并发性控制的目标，我们需要采取各种同步机制，例如锁、信号量、条件变量等。这些同步机制可以保证多个线程之间的互斥访问和同步执行，从而避免数据竞争和死锁等问题，保证数据的一致性和程序的正确性。互斥访问保证共享数据在同一时间只能被一个线程访问同步执行协调多个线程的执行顺序数据一致性保证数据处于正确的状态

同步机制概述：锁、信号量、条件变量等同步机制是并发编程中用于协调多个线程之间操作的重要工具。常用的同步机制包括锁（Lock）、信号量（Semaphore）、条件变量（ConditionVariable）等。锁用于保证对共享资源的互斥访问，信号量用于控制对资源的并发访问数量，条件变量用于在线程之间传递信号。不同的同步机制适用于不同的场景。锁适用于简单的互斥访问，信号量适用于控制资源的并发访问数量，条件变量适用于复杂的线程间协作。在实际应用中，我们需要根据具体的需求选择合适的同步机制，或者将多种同步机制结合使用，以解决复杂的并发问题。锁(Lock)保证对共享资源的互斥访问信号量(Semaphore)控制对资源的并发访问数量条件变量(ConditionVariable)线程间传递信号

锁机制详解：互斥锁(Mutex)互斥锁（Mutex）是最基本的同步机制之一，用于保证对共享资源的互斥访问。当一个线程获得互斥锁后，其他线程必须等待该线程释放锁才能访问共享资源。互斥锁可以有效地避免数据竞争，保证数据的一致性。互斥锁通常提供两个基本操作：加锁（Lock）和解锁（Unlock）。当一个线程需要访问共享资源时，首先尝试获得互斥锁，如果锁已经被其他线程占用，则该线程进入等待状态。当持有锁的线程释放锁后，等待的线程会被唤醒，并尝试重新获得锁。只有成功获得锁的线程才能访问共享资源。加锁(Lock)1访问共享资源2解锁(Unlock)3

互斥锁的使用场景和注意事项互斥锁适用于需要保证对共享资源的互斥访问的场景，例如多线程访问共享变量、多线程读写共享文件等。在使用互斥锁时，需要注意以下几点：必须保证每个线程在使用共享资源之前都先获得锁，使用完毕后及时释放锁。避免长时间持有锁，以免影响其他线程的执行效率。避免在持有锁的情况下调用可能阻塞的操作，例如I/O操作，以免导致死锁。此外，还需要注意锁的粒度。锁的粒度越小，并发性越高，但锁的管理