淺析網(wǎng)絡(luò)程序設(shè)計(jì)中的并發(fā)復(fù)雜性

夏德宏

摘要：隨著近年來(lái)科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)成為現(xiàn)代社會(huì)不可缺少的基礎(chǔ)設(shè)施。隨著網(wǎng)絡(luò)人數(shù)的增加，并發(fā)問(wèn)題也隨之出現(xiàn)，使其成為網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的一個(gè)重大阻礙，如果這一問(wèn)題得不到解決，網(wǎng)絡(luò)開發(fā)將停滯不前。本文將介紹一些解決并發(fā)問(wèn)題的模型。

關(guān)鍵詞：并發(fā)；復(fù)雜性

中圖分類號(hào)：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2016）14-0223-02

近些年，由于信息技術(shù)的高速發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用已經(jīng)廣泛。由于網(wǎng)絡(luò)自身的特點(diǎn)，決定了網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的分布性，異構(gòu)性，異步性，并發(fā)性及訪問(wèn)延誤等問(wèn)題，匯結(jié)到一起，就很難解決。這樣對(duì)高質(zhì)量的網(wǎng)絡(luò)程序開發(fā)方面，使用傳統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)方法使網(wǎng)絡(luò)開發(fā)便會(huì)碰到很多難題，尤其是并發(fā)程序的處理。并發(fā)性是造成網(wǎng)絡(luò)程序設(shè)計(jì)復(fù)雜性的最主要因素。因此，并發(fā)性問(wèn)題是目前網(wǎng)絡(luò)程序設(shè)計(jì)中的瓶頸問(wèn)題，這一問(wèn)題能否的到有效的解決將成為動(dòng)態(tài)網(wǎng)站開發(fā)中的關(guān)鍵性問(wèn)題。

1 網(wǎng)絡(luò)程序設(shè)計(jì)的并發(fā)復(fù)雜性

并發(fā)，即一齊發(fā)生。即像在單核處理器上的單程序是一樣的。也就是說(shuō)程序在運(yùn)行過(guò)程中處理器只能同時(shí)做一件事，不能同時(shí)做兩件或多件事情。并發(fā)的根源在于操作系統(tǒng)，動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)程序開發(fā)過(guò)程中所涉及的并發(fā)性問(wèn)題與操作系統(tǒng)所涉及的并發(fā)性問(wèn)題基本上是一致的，其解決方法大相徑庭。近些年來(lái)很多學(xué)者都在探討和研究，如何來(lái)解決程序的并發(fā)性問(wèn)題，也下足了功夫、耗費(fèi)了相當(dāng)大的人力和物力以及時(shí)間，也沒有得到有效徹底的解決。在研究中也得出了一些能夠降低并發(fā)所造成的錯(cuò)誤性問(wèn)題，但沒有從根本上解決這一問(wèn)題。在研究過(guò)程中所得到的一些模型驅(qū)動(dòng)以及多線程模型，這兩種模型各有優(yōu)缺點(diǎn)，在不同的開發(fā)環(huán)境下也對(duì)程序造成不同的作用，所以這兩種模型在不同的程序設(shè)計(jì)中的作用也是不同的，在優(yōu)越性上無(wú)法比較誰(shuí)更優(yōu)秀。在模型的選擇上，要根據(jù)存在的實(shí)質(zhì)性問(wèn)題選擇合適的模型來(lái)進(jìn)行相應(yīng)的程序設(shè)計(jì)，但是在現(xiàn)在的開發(fā)過(guò)程中許多人都是將兩者混合使用以滿足現(xiàn)有的設(shè)計(jì)需求。

2 程序設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)并發(fā)模型

現(xiàn)在社會(huì)上所使用的計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)上仍然是馮諾依曼計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)模型而設(shè)計(jì)的，馮諾依曼計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)模型有很多種，常見的只有兩種。一種是基于事件的驅(qū)動(dòng)并發(fā)模型，另一種是基于數(shù)據(jù)流驅(qū)動(dòng)的計(jì)算機(jī)模型。二者的原理相似。基于事件的驅(qū)動(dòng)并發(fā)模型是現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)程序設(shè)計(jì)中應(yīng)用最為廣泛。工作時(shí)按照操作分配為兩種不同的模式進(jìn)行工作，從而大大提高了計(jì)算機(jī)在面多多程序并發(fā)下的數(shù)據(jù)安全性和一致性。這兩種模式分別是反應(yīng)式和前攝式。反應(yīng)式模型也叫做非阻塞模型，前攝式模型也稱為異步模型。這兩種事件模型也十分相似，也可以相互轉(zhuǎn)化，具體使用過(guò)程中存在相同的問(wèn)題，在方法的復(fù)雜性上也類似。前者的工作原理是在數(shù)據(jù)滿足條件后運(yùn)行操作，后者的原理是在操作等待時(shí)完成。

基于事件的驅(qū)動(dòng)并發(fā)模型中，有一很重要的組成是事件分配器，該模式就是通過(guò)事件分配器來(lái)處理事件，并對(duì)其維護(hù)狀態(tài)以及函數(shù)運(yùn)行時(shí)間進(jìn)行處理。同時(shí)函數(shù)之間的通信問(wèn)題是依靠事件完成的。事件的維護(hù)則由分配器管理完成。這一過(guò)程中待函數(shù)完成特定操作后一定要交出其控制權(quán)給事件分配器，由事件分配器來(lái)進(jìn)行接下來(lái)的處理和維護(hù)工作，以達(dá)到合理的分配工作。當(dāng)然，在此過(guò)程中時(shí)間內(nèi)，未完成的操作可以繼續(xù)進(jìn)行，這一操作并不存在數(shù)據(jù)丟失，可讓計(jì)算機(jī)更加完美的操作數(shù)據(jù)，這就形成了控制權(quán)的反轉(zhuǎn)機(jī)制。所以說(shuō)，基于事件的驅(qū)動(dòng)并發(fā)模型在進(jìn)行任務(wù)處理時(shí)，事件分配器非常重要，在工作過(guò)程中必須對(duì)函數(shù)進(jìn)行拆分，以達(dá)到操作系統(tǒng)的最優(yōu)化。事件在處理器的拆分過(guò)程中會(huì)導(dǎo)致大量的函數(shù)分裂問(wèn)題，這些函數(shù)分裂會(huì)造成網(wǎng)絡(luò)程序出現(xiàn)故障。增加了函數(shù)調(diào)度難度，還會(huì)造成內(nèi)存泄露或程序中斷。事件的驅(qū)動(dòng)并發(fā)模型在調(diào)用時(shí)基于時(shí)間驅(qū)動(dòng)的函數(shù)來(lái)完成的。所以事件驅(qū)動(dòng)函數(shù)在工作時(shí)就要進(jìn)行大量的函數(shù)分裂，來(lái)完成函數(shù)并發(fā)模型的調(diào)用工作，在此過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)許多問(wèn)題，有的使得函數(shù)的內(nèi)部細(xì)節(jié)部分暴露出來(lái)，從而降低函數(shù)事件的安全性，從而函數(shù)的穩(wěn)定性也隨之降低，因此函數(shù)事件的驅(qū)動(dòng)并發(fā)模型模板的復(fù)用性也就有所降低。

3 多線程程序的并發(fā)模型

多線程并發(fā)模型在線程處理方面更加靈活。對(duì)線程的調(diào)用可以分為兩種一種是搶占式，一種是協(xié)作式。有些計(jì)算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)核對(duì)線程進(jìn)行調(diào)度的管理模式屬于搶占式，有些計(jì)算機(jī)內(nèi)核進(jìn)行調(diào)度時(shí)則是協(xié)作式。搶占式多線程操作不會(huì)受到應(yīng)用程序控制，而協(xié)作式多線程操作主要是用應(yīng)用層協(xié)作方式進(jìn)行運(yùn)行多任務(wù)線程。由于這兩種線程的調(diào)度方法不同 ，致使二者表現(xiàn)出來(lái)的特征以及衍生的問(wèn)題也存在明顯的差異，因此在工作中導(dǎo)致計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)的運(yùn)行效果也大不相同。所以在計(jì)算機(jī)選在并發(fā)模型是要根據(jù)具體的情況來(lái)進(jìn)行擇優(yōu)選擇，以達(dá)到具體的要求效果。在搶占式調(diào)度中，CPU的控制權(quán)受到調(diào)度器的控制，調(diào)度器對(duì)前面程序的執(zhí)行具有十分明顯的了解。這時(shí)調(diào)度器對(duì)程序進(jìn)行調(diào)度屬于強(qiáng)制調(diào)度。即調(diào)度器在進(jìn)行工作時(shí)可能暫停線程的工作，進(jìn)行上一線程，使得CPU的控制權(quán)強(qiáng)制交由另一線程進(jìn)行控制，這樣上一個(gè)線程可能會(huì)對(duì)當(dāng)前線程造成數(shù)據(jù)接觸處理。在控制不當(dāng)?shù)那闆r下，有可能導(dǎo)致數(shù)據(jù)競(jìng)爭(zhēng)情況出現(xiàn)，嚴(yán)重會(huì)造成死鎖，使程序崩潰，因此搶占式調(diào)度在許多線程同時(shí)調(diào)度時(shí)，不能達(dá)到預(yù)期效果。協(xié)作式調(diào)度對(duì)CPU的控制權(quán)比搶占式調(diào)度靈活且優(yōu)越。協(xié)作式調(diào)度對(duì)CPU的控制權(quán)只有當(dāng)前線程放棄數(shù)據(jù)處理時(shí)才會(huì)轉(zhuǎn)交到其他線程，這樣便大大降低了因資源占用而導(dǎo)致的系統(tǒng)死鎖現(xiàn)象。可見協(xié)作式調(diào)度充分利用了處理器的并行處理機(jī)制。但在調(diào)度的實(shí)用性上，搶占式調(diào)度比協(xié)作式調(diào)度優(yōu)越，比如在處理級(jí)別較高的任務(wù)時(shí)，搶占式明顯比協(xié)作式占有一定優(yōu)勢(shì)。因此操作系統(tǒng)在進(jìn)行選擇時(shí)應(yīng)該根據(jù)具體情況進(jìn)行擇優(yōu)選擇。

4 混合型并發(fā)模型

現(xiàn)今主流的并發(fā)處理模型有兩種，程序設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)并發(fā)模型和多線程的并發(fā)模型，但是這兩種方法都存在優(yōu)缺點(diǎn)。所以面對(duì)現(xiàn)實(shí)中存在的問(wèn)題，這兩種模型在并發(fā)復(fù)雜性處理方面也不能夠達(dá)到預(yù)期的效果。因此經(jīng)過(guò)多年的探索發(fā)現(xiàn)，相關(guān)人員綜合了這兩種并發(fā)模型的優(yōu)點(diǎn)，建立了混合并發(fā)模型。這種思想不僅解決了當(dāng)前的瓶頸問(wèn)題，還大大提升了并發(fā)性模型的使用效果和使用效率?；旌喜l(fā)模型的通用性相比較上述兩種模型的性能比較差，在具體的網(wǎng)絡(luò)程序中不能較好的寫作。因?yàn)樵谶M(jìn)行線程調(diào)度時(shí)CPU要進(jìn)行合理優(yōu)化，選擇相應(yīng)的模式，在此過(guò)程中需要消耗較多的時(shí)間，增加了整體運(yùn)行時(shí)間。但基于運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)換的混合模型就不存在上述問(wèn)題，目前這項(xiàng)技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中已得到證實(shí)。但是這種模型在具體的處理過(guò)程中比較復(fù)雜，而且存在處理機(jī)制的異常。但是這種模式能夠很好地將搶占式和協(xié)作式進(jìn)行合理調(diào)度，將兩種模式的優(yōu)點(diǎn)合二為一。從整體實(shí)際效果來(lái)看，這種模式已經(jīng)讓操作系統(tǒng)調(diào)度達(dá)到最優(yōu)效果。但性能還需要進(jìn)行檢驗(yàn)，需要在實(shí)踐中進(jìn)行優(yōu)化，以滿足當(dāng)前科技發(fā)展。

5 結(jié)語(yǔ)

網(wǎng)絡(luò)程序中并發(fā)復(fù)雜性的分析與技術(shù)的解決，為網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展提供了事實(shí)依據(jù)，直接影響到網(wǎng)絡(luò)科技的發(fā)展。網(wǎng)絡(luò)程序設(shè)計(jì)將成為應(yīng)用設(shè)計(jì)和開發(fā)的主要任務(wù)。因此網(wǎng)絡(luò)程序設(shè)計(jì)技術(shù)在今后的一段時(shí)間內(nèi)將成為重要研究?jī)?nèi)容。其中并發(fā)性問(wèn)題是其核心問(wèn)題所在。期待夠好的解決方法來(lái)應(yīng)對(duì)大數(shù)據(jù)下網(wǎng)絡(luò)程序設(shè)計(jì)中的并發(fā)復(fù)雜性問(wèn)題。

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