三分钟掌握共享内存 & Actor并发模型
吃点好的,很有必要。今天介绍常见的两种并发模型: 共享内存&Actor
共享内存
面向对象编程中,万物都是对象,数据+行为=对象;
多核时代,可并行多个线程,但是受限于资源对象,线程之间存在对共享内存的抢占/等待,实质是多线程调用对象的行为方法,这涉及#线程安全#线程同步#。
假如现在有一个任务,找100000以内的素数的个数,如果用共享内存的方法,代码如下:
可以看到,这些线程共享了sum
变量,对sum
做sum++
操作时必须上锁。
using System;
using System.Threading.Tasks;
using System.Collections;
using System.Collections.Generic;
using System.Threading;
using System.Diagnostics;
/// <summary>
/// 利用并行编程库Parallel,计算10000内素数的个数
/// </summary>
namespace Paralleler
{
class Program
{
static object syncObj = new object();
static void Main(string[] args)
{
Stopwatch sw = new Stopwatch();
sw.Start();
ShareMemory();
sw.Stop();
Console.WriteLine($"共享内存并发模型耗时:{sw.Elapsed}");
}
static void ShareMemory()
{
var sum = 0;
Parallel.For(1, 100000 + 1,(x, state) =>
{
var f = true;
if (x == 1)
f = false;
for (int i = 2; i <= x / 2; i++)
{
if (x % i == 0) // 被[2,x/2]任一数字整除,就不是质数
f = false;
}
if(f== true)
{
lock(syncObj)
{
sum++; // 共享了sum对象,“++”就是调用sum对象的成员方法
}
}
});
Console.WriteLine($"1-10000内质数的个数是{sum}");
}
}
}
共享内存更贴合”面向对象开发者的固定思维”, 强调线程对于资源的掌控力。
Actor模型
Actor模型则认为一切皆是Actor
,Actor模型内部的状态由自己的行为维护,外部线程不能直接调对象的行为,必须通过消息才能激发行为,也就是消息传递机制来代替共享内存模型对成员方法的调用, 这样保证Actor内部数据只能被自己修改, Actor模型= 数据+行为+消息。
还是找到10000内的素数,我们使用.NET TPL Dataflow来完成,代码如下:
每个Actor的产出物就是流转到下一个Actor的消息。
using System;
using System.Threading.Tasks;
using System.Collections;
using System.Collections.Generic;
using System.Threading;
using System.Threading.Tasks.Dataflow;
using System.Diagnostics;
/// <summary>
/// 利用并行编程库Paralleler,计算10000内素数的个数
/// </summary>
namespace Paralleler
{
class Program
{
static void Main(string[] args)
{
Stopwatch sw = new Stopwatch();
sw.Start();
Actor();
sw.Stop();
Console.WriteLine($"Actor并发模型耗时:{sw.Elapsed}");
}
static void Actor()
{
var linkOptions = new DataflowLinkOptions { PropagateCompletion = true };
var bufferBlock = new BufferBlock<int>();
var transfromBlock = new TransformBlock<int,bool>(x=>
{
var f = true;
if (x == 1)
f = false;
for (int i = 2; i <= x / 2; i++)
{
if (x % i == 0) // 被[2,x/2]任一数字整除,就不是质数
f = false;
}
return f;
}, new ExecutionDataflowBlockOptions { MaxDegreeOfParallelism =50 });
var sum = 0;
var actionBlock = new ActionBlock<bool>(x=>
{
if (x == true)
sum++;
},new ExecutionDataflowBlockOptions { MaxDegreeOfParallelism = 50 });
transfromBlock.LinkTo(actionBlock, linkOptions);
// 准备从pipeline头部开始投递
for (int i = 1; i <= 100000; i++)
{
transfromBlock.Post(i);
}
transfromBlock.Complete(); // 通知头部,不再投递了; 会将信息传递到下游。
actionBlock.Completion.Wait(); // 等待尾部执行完成
Console.WriteLine($"1-10000内质数的个数是{sum}");
}
}
}
Actor并发模型强调的是消息触发。
还不过瘾
共享内存模型: 其实是并行线程调用对象的成员方法,这里不可避免存在加锁/解锁, 需要开发者自行关注线程同步、线程安全。
Actor模型:以流水线管道的形式,各Actor独立处理各自专属业务,等待消息流入,我也很容易推断,每个Actor的实现过程:存在循环,不断处理新流入的消息。
var queue= new Queue(1000);
for{
if(queue.Dequeue() != null) {
// Done bussiness
}
Thread.Sleep(50ms);
}
所以Actor模型,开发者不用关注线程锁,同时,Actor模型解耦了调用关系,天然适合分布式场景。
总结陈词
- 何为“并发模型”,模型是达成某个方案的编程风格,共享内存/Actor并发模型说不上孰优孰劣,适用场景有偏向。
- 共享内存并发模型,更强调多线程对于资源的掌控力。
- 从概念上得知,Actor模型强调消息触发,更适合分布式场景,解耦了调用方和提供方(我这里演示的TPL Dataflow是进程内Actor模型)。
- Golang使用的
Channel
是类Actor模型
,使用Channel进一步解耦了调用的参与方,你都不用关注下游提供者是谁。
作为一名编程老兵,深知大家平时常用的是共享内存并发模型,开口闭口“多线程”,“锁”,
可能很多人并没有关注到Actor模型,微软进程内Actor TPL Dataflow香气侧漏,值得推荐。
多对比、多体验不同的编程风格,别有洞天。