协程，线程与 JVM 并发

2023-11-03 15:04:05

协程：揭开其在 JVM 中的神秘面纱

作为程序员，我们常常听到“协程是轻量级的线程”的说法。但是，这种说法真的准确吗？让我们深入研究协程在 JVM 中的实际工作原理，以揭开它们的神秘面纱。

协程：一种轻盈的执行模式

协程是一种控制流程构造，允许程序暂停和恢复多个任务的执行，无需显式创建和管理线程。它们建立在轻量级线程之上，称为纤程（Fiber），纤程是用户级线程，独立于操作系统内核调度。在 JVM 中，Kotlin 协程库通过一系列轻量级线程（即协程）和一个调度器（即协程调度器）来管理协程的执行。

协程与线程：微妙的差别

虽然协程和线程共享一些相似之处，例如作为并发执行单元，但两者之间也存在着关键差异：

创建开销： 创建线程的开销远高于协程，这是因为线程需要操作系统的参与，而协程的创建和调度完全由用户级代码处理。
内存消耗： 线程需要为其堆栈和寄存器分配内存，而协程的内存开销则要小得多，因为它们共享一个协程调度器的堆栈和寄存器。
调度： 线程由操作系统内核调度，而协程由用户级协程调度器调度。这使得协程调度更加灵活和高效。

并发问题：JVM 线程模型的固有缺陷

使用 JVM 线程模型时，并发问题是不可避免的。线程之间的资源共享和竞争可能会导致数据竞争、死锁和饥饿等问题。为了解决这些问题，JVM 提供了多种并发机制，例如锁、同步块和原子变量。

协程中的并发陷阱

虽然协程简化了异步操作的编写，但它们并不能完全消除并发问题。这是因为协程共享协程调度器的堆栈和寄存器，这意味着如果一个协程在访问共享资源时挂起，它会阻止其他协程执行。

驯服协程中的并发野兽

有几种方法可以解决协程中的并发问题：

结构化并发： 通过使用显式锁或同步块来保护共享资源，可以防止协程同时访问相同的临界区域。
非阻塞数据结构： 使用非阻塞数据结构（例如无锁队列和并发映射）可以避免锁竞争。
并发作用域： Kotlin 协程库提供了一个并发作用域的概念，它允许在特定范围内限制协程并发。

代码示例：驯服协程的并发性

// 使用显式锁来保护共享资源
val lock = ReentrantLock()

fun accessSharedResource() {
    lock.lock()
    try {
        // 对共享资源进行操作
    } finally {
        lock.unlock()
    }
}

// 使用非阻塞队列避免锁竞争
val queue = LinkedBlockingQueue<Int>()

fun produceElement() {
    queue.offer(element)
}

fun consumeElement() {
    queue.poll()
}