模式概念在并發(fā)編程中的應(yīng)用

30模式概念在并發(fā)編程中的應(yīng)用匯報(bào)人：XX2023-12-23目錄并發(fā)編程基礎(chǔ)模式概念引入常見(jiàn)并發(fā)設(shè)計(jì)模式高級(jí)并發(fā)控制技巧實(shí)戰(zhàn)案例：電商系統(tǒng)高并發(fā)場(chǎng)景優(yōu)化總結(jié)與展望并發(fā)編程基礎(chǔ)01指在同一時(shí)間段內(nèi)，多個(gè)任務(wù)交替執(zhí)行，造成一種“同時(shí)”進(jìn)行的假象。實(shí)際上，同一時(shí)刻只有一個(gè)任務(wù)在執(zhí)行。指在同一時(shí)刻，多個(gè)任務(wù)真正的同時(shí)執(zhí)行。這需要多核處理器或多臺(tái)處理機(jī)才能實(shí)現(xiàn)。并發(fā)（Concurrency）并行（Parallelism）并發(fā)與并行概念線程與進(jìn)程區(qū)別操作系統(tǒng)中進(jìn)行資源分配和調(diào)度的基本單位，擁有獨(dú)立的內(nèi)存空間和系統(tǒng)資源。進(jìn)程間通信（IPC）相對(duì)復(fù)雜，需要借助操作系統(tǒng)提供的機(jī)制。進(jìn)程（Process）進(jìn)程內(nèi)的一個(gè)執(zhí)行單元，共享進(jìn)程的資源（如內(nèi)存空間、文件描述符等）。線程間通信相對(duì)簡(jiǎn)單，可以直接讀寫(xiě)共享內(nèi)存。線程切換開(kāi)銷較小，但可能導(dǎo)致數(shù)據(jù)競(jìng)爭(zhēng)和同步問(wèn)題。線程（Thread）指多個(gè)任務(wù)在執(zhí)行過(guò)程中存在依賴關(guān)系，需要等待其他任務(wù)完成后才能繼續(xù)執(zhí)行。常見(jiàn)的同步機(jī)制包括互斥鎖、條件變量、信號(hào)量等。同步（Synchronization）指任務(wù)之間不存在直接的依賴關(guān)系，可以獨(dú)立執(zhí)行。異步編程可以提高程序的響應(yīng)性和并發(fā)性能，常見(jiàn)的異步機(jī)制包括回調(diào)函數(shù)、事件驅(qū)動(dòng)、Promise/Future等。異步（Asynchronization）同步與異步機(jī)制模式概念引入02設(shè)計(jì)模式概述設(shè)計(jì)模式定義設(shè)計(jì)模式是在軟件設(shè)計(jì)中經(jīng)常遇到的一些問(wèn)題的解決方案。這些解決方案是眾多軟件開(kāi)發(fā)人員經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間試驗(yàn)和錯(cuò)誤總結(jié)出來(lái)的。設(shè)計(jì)模式分類根據(jù)設(shè)計(jì)模式的目的和范圍，可以將其分為創(chuàng)建型、結(jié)構(gòu)型和行為型三種類型。多個(gè)線程同時(shí)訪問(wèn)共享資源時(shí)，可能會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)不一致或其他不可預(yù)測(cè)的行為。線程安全問(wèn)題兩個(gè)或更多線程在等待對(duì)方釋放資源，導(dǎo)致程序無(wú)法繼續(xù)執(zhí)行。死鎖問(wèn)題某些線程長(zhǎng)時(shí)間得不到執(zhí)行，導(dǎo)致程序性能下降。饑餓問(wèn)題并發(fā)編程中常見(jiàn)問(wèn)題提供可重用解決方案01設(shè)計(jì)模式為常見(jiàn)并發(fā)問(wèn)題提供了可重用的解決方案，避免了重復(fù)造輪子。02提高代碼質(zhì)量和可維護(hù)性使用設(shè)計(jì)模式可以使代碼結(jié)構(gòu)更清晰、易于理解和維護(hù)。03優(yōu)化性能和資源利用通過(guò)合理地使用設(shè)計(jì)模式，可以優(yōu)化程序的性能和資源利用，提高系統(tǒng)的吞吐量和響應(yīng)速度。模式在解決并發(fā)問(wèn)題中作用常見(jiàn)并發(fā)設(shè)計(jì)模式0301確保一個(gè)類僅有一個(gè)實(shí)例，并提供一個(gè)全局訪問(wèn)點(diǎn)。02在并發(fā)環(huán)境下，需要考慮多線程訪問(wèn)時(shí)的線程安全問(wèn)題。03實(shí)現(xiàn)方式包括懶漢式、餓漢式、雙重檢查鎖定等。Singleton（單例）模式提供一個(gè)創(chuàng)建對(duì)象的接口，但讓實(shí)現(xiàn)這個(gè)接口的類來(lái)決定實(shí)例化哪個(gè)類。工廠模式使得創(chuàng)建對(duì)象的代碼與客戶端代碼分離，降低了系統(tǒng)的耦合度。在并發(fā)編程中，工廠模式可以結(jié)合線程池等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)象的創(chuàng)建、管理和復(fù)用，提高系統(tǒng)性能和資源利用率。Factory（工廠）模式定義對(duì)象間的一種一對(duì)多的依賴關(guān)系，當(dāng)一個(gè)對(duì)象的狀態(tài)發(fā)生改變時(shí)，所有依賴于它的對(duì)象都得到通知并被自動(dòng)更新。在并發(fā)編程中，觀察者模式可以用于實(shí)現(xiàn)事件驅(qū)動(dòng)編程，通過(guò)事件通知機(jī)制實(shí)現(xiàn)異步通信和并發(fā)處理。同時(shí)，需要注意線程同步和并發(fā)訪問(wèn)的問(wèn)題，以避免數(shù)據(jù)不一致和競(jìng)態(tài)條件等問(wèn)題。Observer（觀察者）模式高級(jí)并發(fā)控制技巧04死鎖預(yù)防策略通過(guò)破壞死鎖發(fā)生的四個(gè)必要條件（互斥條件、請(qǐng)求與保持條件、不剝奪條件和環(huán)路等待條件）中的一個(gè)或多個(gè)來(lái)預(yù)防死鎖的發(fā)生。例如，可以通過(guò)資源一次性分配策略（破壞請(qǐng)求與保持條件）或資源有序分配策略（破壞環(huán)路等待條件）來(lái)預(yù)防死鎖。死鎖處理策略當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生死鎖時(shí)，可以通過(guò)死鎖檢測(cè)與恢復(fù)機(jī)制來(lái)處理。常見(jiàn)的死鎖處理策略包括資源剝奪法、撤銷進(jìn)程法和進(jìn)程回退法等。這些策略通過(guò)撤銷或回退部分進(jìn)程以解除死鎖狀態(tài)，使系統(tǒng)恢復(fù)正常運(yùn)行。死鎖預(yù)防與處理策略VS資源池是一種用于管理和優(yōu)化資源使用的技術(shù)，它通過(guò)預(yù)先創(chuàng)建一組資源并將它們放入資源池中，以供多個(gè)并發(fā)進(jìn)程共享使用。資源池可以有效地減少資源創(chuàng)建和銷毀的開(kāi)銷，提高資源利用率和系統(tǒng)性能。應(yīng)用場(chǎng)景資源池技術(shù)廣泛應(yīng)用于各種需要頻繁創(chuàng)建和銷毀資源的場(chǎng)景，如數(shù)據(jù)庫(kù)連接池、線程池和對(duì)象池等。例如，在Web應(yīng)用中，數(shù)據(jù)庫(kù)連接池可以避免頻繁地創(chuàng)建和銷毀數(shù)據(jù)庫(kù)連接，提高數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)效率和系統(tǒng)吞吐量。資源池技術(shù)資源池技術(shù)及應(yīng)用場(chǎng)景分布式鎖實(shí)現(xiàn)原理分布式鎖是一種用于在分布式系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)互斥訪問(wèn)的機(jī)制。它通常基于分布式一致性算法（如Raft或Paxos）或分布式緩存（如Redis）來(lái)實(shí)現(xiàn)。分布式鎖的實(shí)現(xiàn)原理包括鎖的獲取、持有和釋放三個(gè)過(guò)程，其中涉及到鎖的唯一標(biāo)識(shí)、超時(shí)機(jī)制、鎖的續(xù)期等關(guān)鍵技術(shù)點(diǎn)。要點(diǎn)一要點(diǎn)二優(yōu)缺點(diǎn)分析分布式鎖具有以下優(yōu)點(diǎn)：可以實(shí)現(xiàn)跨進(jìn)程、跨節(jié)點(diǎn)甚至跨數(shù)據(jù)中心的互斥訪問(wèn)；可以避免單點(diǎn)故障，提高系統(tǒng)的可用性和可靠性；可以根據(jù)業(yè)務(wù)需求靈活配置鎖的粒度和超時(shí)時(shí)間等。但是，分布式鎖也存在一些缺點(diǎn)：實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度高，需要處理網(wǎng)絡(luò)分區(qū)、時(shí)鐘漂移等問(wèn)題；性能相對(duì)較低，尤其是在高并發(fā)場(chǎng)景下；在某些場(chǎng)景下可能存在死鎖風(fēng)險(xiǎn)。分布式鎖實(shí)現(xiàn)原理及優(yōu)缺點(diǎn)分析實(shí)戰(zhàn)案例：電商系統(tǒng)高并發(fā)場(chǎng)景優(yōu)化05123用戶發(fā)起秒殺請(qǐng)求，系統(tǒng)驗(yàn)證請(qǐng)求合法性，查詢庫(kù)存并鎖定，生成秒殺訂單，支付并減扣庫(kù)存。秒殺業(yè)務(wù)流程通過(guò)限流、排隊(duì)、異步處理等方式，控制同時(shí)發(fā)起秒殺請(qǐng)求的用戶數(shù)量，減輕系統(tǒng)壓力。并發(fā)訪問(wèn)控制通過(guò)分布式鎖、數(shù)據(jù)庫(kù)事務(wù)等手段，確保庫(kù)存扣減的準(zhǔn)確性，防止超賣或少賣現(xiàn)象。超賣與少賣問(wèn)題商品秒殺業(yè)務(wù)邏輯梳理01流量削峰通過(guò)令牌桶、漏桶等算法，限制單位時(shí)間內(nèi)的請(qǐng)求處理量，平滑突發(fā)的高并發(fā)請(qǐng)求。02服務(wù)降級(jí)在秒殺高峰期，關(guān)閉非核心功能或降低部分服務(wù)的優(yōu)先級(jí)，確保核心流程的可用性。03流量預(yù)熱提前進(jìn)行流量引導(dǎo)，將部分用戶請(qǐng)求分散到秒殺開(kāi)始前的預(yù)熱階段，減輕秒殺高峰期的壓力。流量削峰填谷策略部署通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)主從復(fù)制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)備份和讀寫(xiě)分離，提高系統(tǒng)吞吐量和數(shù)據(jù)安全性。主從復(fù)制寫(xiě)操作優(yōu)化讀操作擴(kuò)展將寫(xiě)操作（如庫(kù)存扣減）集中在主庫(kù)進(jìn)行，通過(guò)事務(wù)、鎖等手段確保數(shù)據(jù)一致性。通過(guò)添加從庫(kù)實(shí)例、使用負(fù)載均衡等手段，擴(kuò)展讀操作的處理能力，滿足大量用戶的查詢需求。030201數(shù)據(jù)庫(kù)讀寫(xiě)分離方案設(shè)計(jì)總結(jié)與展望0630模式概念介紹詳細(xì)闡述了30模式在并發(fā)編程中的定義、原理和作用，包括生產(chǎn)者-消費(fèi)者模式、讀寫(xiě)鎖模式、信號(hào)量模式等。并發(fā)編程基礎(chǔ)回顧了并發(fā)編程的基本概念，如進(jìn)程、線程、同步、異步等，以及常見(jiàn)的并發(fā)問(wèn)題和解決方法。30模式應(yīng)用案例通過(guò)多個(gè)實(shí)例，演示了如何在不同場(chǎng)景下應(yīng)用30模式來(lái)解決并發(fā)編程中的難題?；仡櫛敬握n程重點(diǎn)內(nèi)容

學(xué)員心得體會(huì)分享學(xué)員A通過(guò)本次課程，我深入理解了30模式在并發(fā)編程中的重要性，掌握了多種解決并發(fā)問(wèn)題的方法，對(duì)今后的工作和學(xué)習(xí)有很大幫助。學(xué)員B課程中的案例分析非常實(shí)用，讓我能夠?qū)⒗碚撝R(shí)與實(shí)際應(yīng)用結(jié)合起來(lái)，更好地理解和運(yùn)用30模式。學(xué)員C通過(guò)學(xué)習(xí)，我意識(shí)到并發(fā)編程的復(fù)雜性和挑戰(zhàn)性，但同時(shí)也感受到了掌握正確方法后的成就感和滿足感。隨著計(jì)算機(jī)硬件性能的不斷提升和分布式系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，并發(fā)編程的需求將越來(lái)越大，對(duì)程序員的要求也將越來(lái)越高。并發(fā)編程將持續(xù)發(fā)展未來(lái)