冒號和他的學(xué)生們
——程序員提高班紀(jì)事
- 并發(fā)范式
在合作中競爭，在競爭中合作 ——《競合》
逗號好奇地問：“還有其他類型的編程范式嗎？”
“不但有，而且有很多。”冒號喝了一口水，悠悠地說，“并發(fā)式編程就是其中之一。”
嘆號有些驚訝：“并發(fā)式編程也算一種范式？它似乎更像是提供運行效率的一種手段。”
“大謬不然。”冒號搖搖頭，“真正的并發(fā)式編程，絕不只是調(diào)用線程API或使用synchronized、lock之類的關(guān)鍵字那么簡單。從宏觀的架構(gòu)設(shè)計，到微觀的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、流程控制乃至算法，相比通常的串行式編程都可能發(fā)生變化。隨著硬件性能和用戶需求的雙重提升，并發(fā)式編程已成為不可回避的主題。毫不夸張地說，并發(fā)式編程是繼OOP之后又一場思想和技術(shù)上的革命。只是相比OOP，盡管年齡相仿，但語言上不夠支持，標(biāo)準(zhǔn)上不夠統(tǒng)一，理論上不夠完善，因而這場革命更具破壞性和建設(shè)性。現(xiàn)在我們來看一個例子，比較兩種燒水泡茶的方案。”
說著冒號在黑板上寫下——
方案一：洗茶杯；放茶葉；灌水壺；燒水；水開后泡茶。
方案二：灌水壺；在燒水的同時，洗茶杯；放茶葉；水開后泡茶。
引號見多識廣：“我記得這好像是運籌學(xué)中的例子，顯然方案二更佳。從編程的角度來看，方案一是串行式編程，方案二是并發(fā)式編程——燒水的線程與洗茶杯放茶葉的線程是同時進(jìn)行的。”
“如果方案一也用并發(fā)式編程呢？”冒號追問。
引號一愣，隨即道：“必須先洗茶杯后放茶葉，洗茶杯放茶葉的同時也沒法燒水，至于泡茶，更得等水開之后了。”
“由此可見，單憑并發(fā)式編程并不能保證提高效率，還必須在程序設(shè)計上作改進(jìn)。”冒號說道，“并發(fā)式編程以進(jìn)程為導(dǎo)向（Process-Oriented），以資源共享與競爭為主線——與當(dāng)今世界形勢何其相似乃爾！這意味著程序設(shè)計將圍繞進(jìn)程的劃分與調(diào)度、進(jìn)程之間的通訊與同步等等來展開。合理的進(jìn)程設(shè)計應(yīng)該能做到——”
- 軟件易于重用、維護(hù)、測試
- 公平有效地利用資源，優(yōu)化程序性能如增大吞吐量、減少響應(yīng)時間、提高效率等
- 保障進(jìn)程安全，防止競態(tài)條件（Race Condition）
- 保持進(jìn)程活性，避免死鎖、饑餓、活鎖、資源枯竭等
- 減少鎖開銷、上下文切換等帶來的性能損失
- 妥善處理多進(jìn)程在算法、調(diào)試等方面帶來的復(fù)雜性
嘆號蹙眉：“并發(fā)式編程好是好，就是太復(fù)雜。”
冒號淡淡地說：“天下沒有免費的午餐。并發(fā)式編程當(dāng)然不容易，但也并非難以掌握。最重要的是，作為一個程序員，你不得不面對它。即使你不直接用并發(fā)式編程，你依賴的代碼和依賴你的代碼也可能用到；即使現(xiàn)在沒有用并發(fā)式，將來也可能用到。如果采取避而不理的鴕鳥政策，早晚會被人點中你的死穴。”
句號談及他的感受：“相比OOP在語言上得到的支持，并發(fā)式的支持力度好像很不夠。”
冒號點頭稱是：“這是由并發(fā)式的復(fù)雜性和成熟度決定的。主流語言中Java和C#對并發(fā)式編程在語法上有一定的支持，而C與C++除了關(guān)鍵字volatile外，主要靠library支持。專門為并發(fā)式而設(shè)計的語言大多僅限于學(xué)術(shù)研究而非商業(yè)應(yīng)用，Erlang語言是少數(shù)的例外。”
問號提了一個聽似奇怪的問題：“并發(fā)式與前面提到的對象式有無共通之處？”
“并發(fā)式與對象式雖是互相正交的兩種范式，倒真有些相通呢。”冒號回答，“它們均與三大基本范式正交，并且越來越廣泛地向它們滲透著；均為傳統(tǒng)編程的一種推廣——并發(fā)式進(jìn)程的個數(shù)為一時即為傳統(tǒng)的串行式編程，對象的方法個數(shù)為為零即為傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；均將整個程序系統(tǒng)分解為若干獨立的子系統(tǒng)，不同的是一個以任務(wù)為單位，一個以對象為單位；子系統(tǒng)之間均能交流與合作，不同的是一個以競爭為主題，一個以服務(wù)為主題。如果將程序系統(tǒng)視作公司，那么并發(fā)式系統(tǒng)是產(chǎn)品型公司，每個進(jìn)程是一名工人，其職責(zé)是執(zhí)行單一任務(wù)；對象式系統(tǒng)是服務(wù)型公司，每個對象是一名服務(wù)員，其職責(zé)是提供系列服務(wù)。由此可見，一名優(yōu)秀的程序設(shè)計師也應(yīng)該是一名優(yōu)秀的管理者。”
句號提出：“迄今為止我們談到了五種范式，能否對它們簡單概括一下？”
少頃，黑板上出現(xiàn)幾行排比句——
過程式：以過程為模塊的君主體系，模塊之間互相授命與聽命
函數(shù)式：以函數(shù)為模塊的數(shù)學(xué)體系，模塊之間互相替換與合成
邏輯式：以斷言為模塊的邏輯體系，模塊之間互相歸納與演繹
對象式：以對象為模塊的民主體系，模塊之間互相交流與服務(wù)
并發(fā)式：以進(jìn)程為模塊的生產(chǎn)體系，模塊之間互相競爭與合作
“并發(fā)式編程要求我們擺脫以往習(xí)慣的按部就班的思維方式，對編程提出了更高的挑戰(zhàn)。程序世界與現(xiàn)實世界一樣，呈百舸爭流、千帆競發(fā)之勢，不進(jìn)則退啊！”言訖，冒號宣布，“第二堂課到此為止，歡迎下次光臨。”