锁战争终结者：Actor与CSP如何颠覆传统并发编程？
锁战争终结者：Actor与CSP如何颠覆传统并发编程？
在现代软件开发中，处理并发问题是一个重要的挑战。不同的并发模型提供了不同的解决方案，从传统的锁机制到现代的Actor模型和CSP模型。本文将详细介绍几种常见的并发模型，帮助开发者更好地理解它们的特点和应用场景。
并发体系可以分为两层，上面一层是抽象的模型，下面一层是承载具体模型的技术机制。
- 模型可以分为： 共享内存模型、Actor模型、CSP模型等
- 承载模型的具体技术机制可以分为： 协程、多线程、多进程、集群分布式
常见的并发模型一般包括3类，
基于线程与锁的内存共享模型，
actor模型
和
CSP模型。
Actor和CSP模型都属于高层次的抽象模型，底层的实现可能有多种。而线程与锁（也就是
共享内存
）模型是较为底层的模型。
并发模型对比表
模型分类 优点 缺点 实现语言/库
共享内存模型-锁模型 • 贴近硬件架构，性能高• 是其他并发模型的基础 • 不支持分布式内存模型• 调试测试困难• 需避免事务副作用 Java/C++等主流语言
共享内存模型-STM模型 • 相比锁模型更简单• 大部分情况下更高效 • 不支持分布式内存模型 Clojure语言标准库
消息传递模型-CSP模型 • 相比锁模型更简单• 容易实现高并发 • 不支持分布式内存模型 Go语言、Clojure的core.async库
消息传递模型-Actor模型 • 容易实现高并发• 支持分布式内存模型（跨节点同步） • 存在信箱满后消息丢失问题 Erlang、Java(Scala)的Akka库
事件循环(EventLoop)模型 • 单线程资源占用小• 容易实现高并发 • 不支持分布式内存模型 Java的Netty库（搭配多路复用IO）
并发模型是指在计算中处理多个操作或任务的方式，它们通过不同的方法实现并发执行。以下是一些常见的并发模型：
常见的并发模型
1. 共享内存模型（锁模型）：
描述：
在共享内存模型中，多个并发执行的任务可以通过对共享内存的读写来进行通信。
特点：线程之间共享内存空间。
通过锁机制（如互斥锁、读写锁）来保证共享数据的一致性。
容易出现死锁和数据竞争问题。
应用：常用于多线程编程，例如在操作系统中的线程同步和通信。
比如Java中的线程之间通信由
JMM
控制
2. 消息传递模型：
描述：
在消息传递模型中，不同任务通过发送和接收消息进行通信，任务之间没有共享内存。
特点：任务之间独立，通过消息传递实现通信。
可以提供更好的隔离性和并发性。
减少了共享状态可能带来的问题。
应用：常用于分布式系统和消息队列等场景。
3. Actor 模型：
描述：
Actor
模型是一种并发计算模型，系统由独立的 Actor 组成，每个 Actor 都有自己的状态和行为。
特点：Actor 之间通过消息传递进行通信。
Actor 是并发执行的基本单元，异步处理消息。
提供了良好的隔离性和并发性。
应用：常用于构建高并发系统，如分布式系统和通信系统。
4. CSP（Communicating Sequential Processes）模型：
描述：
- CSP
是一种基于
通信过程
的并发模型，描述并发系统中独立组件之间的通信和协作。
特点：
进程通过通道进行消息通信。
通信是同步的，发送者和接收者需要达成一致。
支持并发执行和非确定性选择。
应用：常用于描述并发系统的行为和设计并发算法。
5. STM（Software Transactional Memory）模型：
描述：
STM 是一种并发编程模型，用于简化并发系统中的共享数据访问和管理事务。
特点：提供原子性、隔离性和一致性的事务处理。
简化了并发编程，减少了手动管理锁的复杂性。
适用于函数式编程语言和需要高并发性的系统设计。
6. 事件循环和异步回调（EventLoop） 模型
这种模型通常用于I/O密集型应用，如网络服务器。在这种模型中，一个中央事件循环负责监听和分发事件，如I/O操作完成或消息到达。当事件发生时，相应的回调函数被调用来处理事件。
描述：
- EventLoop 模型是一种基于事件驱动的编程模型，通过事件循环（Event Loop）来处理异步事件和任务。
特点：
事件驱动：程序通过注册回调函数或事件处理器来响应事件，而不是通过阻塞调用等待事件发生。
非阻塞 I/O：通过异步 I/O 操作，在等待 I/O 完成时允许执行其他任务，提高系统的并发性能。
单线程：通常 EventLoop 模型是单线程的，通过事件循环依次处理事件，避免了多线程并发带来的复杂性。
事件队列：事件被放置在事件队列中，EventLoop 持续轮询事件队列并处理事件。
工作原理：注册事件处理器：程序将事件处理器或回调函数注册到 EventLoop 中，用于处理特定事件。
事件循环：EventLoop 不断轮询事件队列，当有事件发生时，调用相应的事件处理器进行处理。
非阻塞处理：I/O 操作通常是非阻塞的，当 I/O 操作完成时，触发相应的回调函数处理结果。
事件驱动：整个程序的执行流程由事件的发生和处理来驱动，提高了系统的并发性和响应性。
优点：高效的并发模型：适用于处理大量并发连接和事件的场景。
简化编程：通过事件驱动的方式处理任务，简化了异步编程的复杂性。
适用于 I/O 密集型任务：在处理大量 I/O 操作时具有良好的性能。
应用：Web 服务器和应用程序框架中常用于处理请求和响应。
客户端应用中处理用户交互和异步操作。
实时系统和网络通信中处理事件和消息。
7. 其他模型:
还有其他并发模型，如Futures、Promise、Fork/Join、生产者消费者模型和Master-Worker模型等。这些模型提供了不同的抽象和工具，以适应特定类型的并发问题。
总结
每种并发模型都有其特定的优缺点和适用场景，选择合适的模型可以帮助开发者更有效地构建高并发、可靠的应用程序。根据具体的应用需求和上下文，开发者可以选择最匹配的并发计算模型。