摘要：兜底任務(wù)，處理數(shù)據(jù)不一致?tīng)顟B(tài)的任務(wù)。什么是多線(xiàn)程多線(xiàn)程是并發(fā)的一種重要形式。通過(guò)具體的多線(xiàn)程問(wèn)題引出多線(xiàn)程編程中的關(guān)鍵點(diǎn)和對(duì)應(yīng)的工具與知識(shí)點(diǎn)，輕松學(xué)會(huì)多線(xiàn)程編程。

這篇文章的目的并不是想教你如何造火箭（面試造火箭，工作擰螺絲），而是想通過(guò)對(duì)原理和應(yīng)用案例的有限度剖析來(lái)協(xié)助你構(gòu)建起并發(fā)的思維，并將操作系統(tǒng)的理論知識(shí)與工程實(shí)踐結(jié)合起來(lái)，貫穿從學(xué)到會(huì)的全過(guò)程。當(dāng)然，雖然我們是從實(shí)用角度出發(fā)，但具有實(shí)踐意義的深層次知識(shí)點(diǎn)永遠(yuǎn)會(huì)是面試中的殺手锏，這可比只能口頭造火箭的理論知識(shí)更吸引面試官。

本文適合誰(shuí)：

希望能了解并發(fā)概念的初學(xué)者

需要理清并發(fā)概念與技術(shù)的工程師

對(duì)并發(fā)在工作中的應(yīng)用與其底層實(shí)現(xiàn)原理感興趣的讀者

在這篇文章中，你將了解到并發(fā)與多線(xiàn)程相關(guān)的一系列概念，通過(guò)一些例子我們可以在不糾結(jié)于具體的技術(shù)細(xì)節(jié)的情況下形成對(duì)并發(fā)與多線(xiàn)程相關(guān)的各種概念的抽象理解。有了這些概念以后，我們?cè)偃W(xué)習(xí)具體的理論和技術(shù)細(xì)節(jié)就是手到擒來(lái)的事了。

最近幾年淘寶發(fā)展得如火如荼，涌現(xiàn)出了一大批白手起家的賣(mài)家。想象一下你是一個(gè)剛剛起步的小賣(mài)家，自己運(yùn)營(yíng)一個(gè)服裝網(wǎng)店，每天都要自己打包發(fā)貨。剛開(kāi)始時(shí)生意一般，每天自己一個(gè)人一個(gè)小時(shí)就能干完。

隨著生意的蓬勃發(fā)展，發(fā)貨時(shí)間慢慢地從一個(gè)小時(shí)漲到了兩個(gè)小時(shí)、四個(gè)小時(shí)，一次因?yàn)檠舆t發(fā)貨導(dǎo)致被投訴之后，你終于覺(jué)得該招更多的人了。很快，兩個(gè)小伙伴加入了你的事業(yè)，打包速度開(kāi)始有了質(zhì)的提高。這就是最基本的并發(fā)了，每個(gè)人都可以看成是一個(gè)線(xiàn)程，同樣的工作量，干得人多了自然就快了。

所以并發(fā)就是通過(guò)多個(gè)執(zhí)行器同時(shí)執(zhí)行一個(gè)大任務(wù)來(lái)縮短執(zhí)行時(shí)間、提高執(zhí)行效率的方法。

但是好景不長(zhǎng)，周末一盤(pán)貨，你發(fā)現(xiàn)少了不少。這辦公室里也沒(méi)遭賊，怎么就會(huì)少貨呢？細(xì)細(xì)一查快遞單，你發(fā)現(xiàn)竟然有幾單發(fā)重了。之后的幾天你都細(xì)細(xì)留意了一下發(fā)貨的過(guò)程，最后發(fā)現(xiàn)是因?yàn)槊總€(gè)人都會(huì)拿著一張發(fā)貨清單去備貨，如果有一些訂單不小心打印重復(fù)了，就有可能會(huì)被不同的人重復(fù)發(fā)貨。雖然數(shù)量不多，但是也很心痛啊。這個(gè)問(wèn)題產(chǎn)生的原因就是因?yàn)槊總€(gè)人在備貨之前拿到的訂單狀態(tài)（未發(fā)貨）在實(shí)際備貨時(shí)發(fā)生了變化（已由其他人發(fā)貨）。這種對(duì)一個(gè)共享數(shù)據(jù)（訂單的發(fā)貨狀態(tài)）本應(yīng)獨(dú)占的讀取、檢查、修改過(guò)程，如果發(fā)生了并發(fā)，這種情況就被稱(chēng)為數(shù)據(jù)競(jìng)爭(zhēng)。而這個(gè)讀取、檢查、修改的過(guò)程就被稱(chēng)為臨界區(qū)，臨界區(qū)指的就是一個(gè)存在數(shù)據(jù)競(jìng)爭(zhēng)的代碼片段。

數(shù)據(jù)競(jìng)爭(zhēng)出現(xiàn)的根本原因是一個(gè)數(shù)據(jù)本來(lái)應(yīng)該只能由一個(gè)執(zhí)行器完整地執(zhí)行讀取、檢查、修改過(guò)程，但是如果出現(xiàn)了并發(fā)，那么就沒(méi)辦法保證到了“修改”這一步時(shí)的數(shù)據(jù)還保持了“讀取”時(shí)的值了。

確定原因后，有人想到了一個(gè)好辦法，可以打印一張總的發(fā)貨清單，這樣所有人都必須以這個(gè)清單上的訂單是否發(fā)貨來(lái)確定是否要對(duì)訂單進(jìn)行備貨并發(fā)貨了。因?yàn)榍鍐沃挥幸环?，所以每次只能由一個(gè)人來(lái)修改訂單的發(fā)貨狀態(tài)。這種只能由一個(gè)執(zhí)行器進(jìn)行數(shù)據(jù)修改操作來(lái)避免發(fā)生數(shù)據(jù)競(jìng)爭(zhēng)問(wèn)題的做法就被稱(chēng)為互斥，也就是我們常說(shuō)的鎖了。

因?yàn)槟愎芾淼卯?dāng)，生意發(fā)展得很快，現(xiàn)在的辦公室里已經(jīng)堆不下所有衣服了。所以你又租了一個(gè)倉(cāng)庫(kù)來(lái)同樣進(jìn)行發(fā)貨。兩個(gè)地方都會(huì)進(jìn)行發(fā)貨，那么就可以把每一個(gè)倉(cāng)庫(kù)理解為一臺(tái)獨(dú)立的計(jì)算機(jī)，這樣通過(guò)多臺(tái)計(jì)算機(jī)完成同一任務(wù)的方式就可以被稱(chēng)為分布式，這樣的一組計(jì)算機(jī)的集合就被稱(chēng)為集群。

這時(shí)候之前用一張紙質(zhì)的總發(fā)貨清單的數(shù)據(jù)競(jìng)爭(zhēng)解決方式就行不通了，所以我們需要把這張總發(fā)貨清單放到云端，讓大家可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行編輯，但是每次只能一個(gè)人編輯。在這種情況下，我們可以把兩個(gè)倉(cāng)庫(kù)各自看成一臺(tái)計(jì)算機(jī)/進(jìn)程，而每個(gè)倉(cāng)庫(kù)里的人就是這個(gè)進(jìn)程中的線(xiàn)程。這樣的話(huà)這張總發(fā)貨清單就成為了一個(gè)分布式鎖，因?yàn)樗看沃荒苡幸粋€(gè)人編輯，所以是一個(gè)互斥鎖，或者簡(jiǎn)稱(chēng)為鎖；而因?yàn)樗梢员粌蓚€(gè)進(jìn)程/計(jì)算機(jī)（倉(cāng)庫(kù)）共同使用，所以被稱(chēng)為是分布式鎖。

什么是進(jìn)程/線(xiàn)程？

可以簡(jiǎn)單地將進(jìn)程理解為我們電腦/手機(jī)上的一個(gè)應(yīng)用，同一臺(tái)手機(jī)上的每個(gè)App都是一個(gè)進(jìn)程，同一個(gè)App在每個(gè)手機(jī)上也是一個(gè)進(jìn)程。進(jìn)程和進(jìn)程之間可以理解為是兩個(gè)倉(cāng)庫(kù)，互相之間物理隔離；而線(xiàn)程就是倉(cāng)庫(kù)里的每一個(gè)人，他們共享同一個(gè)辦公空間。這里的辦公空間就可以理解為操作系統(tǒng)中的虛擬內(nèi)存空間，但是本文主要討論并發(fā)相關(guān)的概念，就不繼續(xù)展開(kāi)了。

因?yàn)樯獗容^好，所以所有人都很忙。有時(shí)候就會(huì)因?yàn)橛幸恍┤穗m然在云端表格上已經(jīng)勾上了一個(gè)訂單，但是一忙就給忙忘了。其他人怕重復(fù)發(fā)貨又不會(huì)再去處理已經(jīng)勾上的訂單了，因?yàn)檫@樣導(dǎo)致的未發(fā)貨訂單讓店鋪被投訴了好多次，影響非常大。這種在并發(fā)過(guò)程中修改了數(shù)據(jù)狀態(tài)但是沒(méi)有完成后續(xù)執(zhí)行的情況就會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)不一致，即訂單已經(jīng)被勾上，但實(shí)際并沒(méi)有發(fā)貨。

但是作為聰明的老板，你又想到了解決的方法。每隔一小時(shí)兩個(gè)倉(cāng)庫(kù)就會(huì)各派一個(gè)人檢查一下已經(jīng)勾上的訂單是否已經(jīng)都打包完貼上快遞單了。這種每隔一段時(shí)間就檢查并處理遺漏的數(shù)據(jù)不一致訂單的任務(wù)就被稱(chēng)為兜底任務(wù)。而通過(guò)兜底任務(wù)實(shí)現(xiàn)的在最后所有訂單都會(huì)達(dá)到數(shù)據(jù)一致?tīng)顟B(tài)的情況就被稱(chēng)為最終一致性。

大家可能早就覺(jué)得前面介紹的總發(fā)貨清單的方法太傻了，只要每個(gè)訂單都只打印一張發(fā)貨清單，由多帶帶一個(gè)人去負(fù)責(zé)分發(fā)清單就可以了，其他人只要處理好自己被分配到的訂單就可以了。最后再加上一個(gè)兜底任務(wù)對(duì)訂單的發(fā)貨情況進(jìn)行二次校驗(yàn)基本上就不會(huì)發(fā)生漏發(fā)或者重發(fā)的情況了。這種由一個(gè)執(zhí)行器進(jìn)行任務(wù)拆分，再由一組執(zhí)行器進(jìn)行處理，最后再由一個(gè)或一組執(zhí)行器進(jìn)行結(jié)果匯總的處理方式就是現(xiàn)在非常流行的map-reduce方法了。這種方法在大數(shù)據(jù)或者程序語(yǔ)言標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)里都有大量的應(yīng)用，比如大數(shù)據(jù)領(lǐng)域赫赫有名的Hadoop和Java語(yǔ)言中的ForkJoinPool都使用了這種思想。

在這篇文章中，我們涉及到了以下的技術(shù)名詞：

并發(fā)，通過(guò)多個(gè)執(zhí)行器同時(shí)執(zhí)行一個(gè)大任務(wù)來(lái)縮短執(zhí)行時(shí)間、提高執(zhí)行效率的方法。

數(shù)據(jù)競(jìng)爭(zhēng)，對(duì)一個(gè)共享數(shù)據(jù)本應(yīng)獨(dú)占的讀取、檢查、修改過(guò)程發(fā)生了并發(fā)的情況。

臨界區(qū)，存在數(shù)據(jù)競(jìng)爭(zhēng)的代碼片段。

互斥鎖（也可以簡(jiǎn)稱(chēng)為“鎖”），同一時(shí)間只能由一個(gè)執(zhí)行器獲取的實(shí)體，用于實(shí)現(xiàn)對(duì)臨界區(qū)的互斥（只有一個(gè)）訪(fǎng)問(wèn)。

分布式，通過(guò)多臺(tái)計(jì)算機(jī)完成同一任務(wù)的方式。

集群，一組完成同一任務(wù)的機(jī)器。

分布式鎖，在不同機(jī)器/進(jìn)程上提供互斥能力的鎖。

數(shù)據(jù)不一致，一系列操作不具有原子性，一部分執(zhí)行成功而另一部分沒(méi)有，導(dǎo)致不同數(shù)據(jù)之間存在矛盾，例如訂單已經(jīng)是發(fā)貨狀態(tài)，但是實(shí)際沒(méi)有發(fā)貨。

兜底任務(wù)，處理數(shù)據(jù)不一致狀態(tài)的任務(wù)。

最終一致性，通過(guò)兜底任務(wù)或其他方式保證數(shù)據(jù)不一致的情況最終會(huì)消失。

map-reduce，一種任務(wù)拆分-執(zhí)行-再合并的任務(wù)執(zhí)行方式，可以有效地利用多臺(tái)機(jī)器、多核CPU的性能。

因?yàn)椴l(fā)的知識(shí)范圍很大，而且對(duì)于一些抽象概念的傳遞必然會(huì)需要花費(fèi)一些篇幅，所以這個(gè)主題將會(huì)包含一系列文章，主要覆蓋以下主題：

什么是并發(fā)？

拋開(kāi)冗長(zhǎng)繁雜的技術(shù)點(diǎn)，直接理解并發(fā)相關(guān)的各種概念。

什么是多線(xiàn)程？

多線(xiàn)程是并發(fā)的一種重要形式。通過(guò)具體的多線(xiàn)程問(wèn)題引出多線(xiàn)程編程中的關(guān)鍵點(diǎn)和對(duì)應(yīng)的工具與知識(shí)點(diǎn)，輕松學(xué)會(huì)多線(xiàn)程編程。

常用工具中的并發(fā)實(shí)現(xiàn)

通過(guò)解析知名開(kāi)源工具中的并發(fā)方案實(shí)現(xiàn)來(lái)深入理解并發(fā)編程實(shí)踐。

有興趣的讀者可以繼續(xù)關(guān)注后續(xù)的文章，在之后的文章中會(huì)有對(duì)并發(fā)編程、操作系統(tǒng)原語(yǔ)、硬件原語(yǔ)等等理論與實(shí)踐知識(shí)的詳細(xì)介紹與案例。

對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)索引感興趣的讀者可以了解一下我之前的文章：

數(shù)據(jù)庫(kù)索引是什么？新華字典來(lái)幫你 —— 理解

數(shù)據(jù)庫(kù)索引融會(huì)貫通 —— 深入

20分鐘數(shù)據(jù)庫(kù)索引設(shè)計(jì)實(shí)戰(zhàn) —— 實(shí)戰(zhàn)

數(shù)據(jù)庫(kù)索引為什么用B+樹(shù)實(shí)現(xiàn)？ —— 擴(kuò)展