并發(fā)編程關(guān)鍵模型及語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)

高永強(qiáng)

（武警工程大學(xué)信息工程學(xué)院，西安710086）

0 引言

傳統(tǒng)并發(fā)編程一般采用多進(jìn)程或者多線程的方式，需要考慮數(shù)據(jù)競(jìng)爭(zhēng)、同步互斥、死鎖等等問題，使開發(fā)并發(fā)程序尤其是大型服務(wù)器程序的難度大大加大。大量的進(jìn)程或線程創(chuàng)建不僅會(huì)占用大量?jī)?nèi)存，而且隨著線程數(shù)量的增多，多線程之間切換的開銷是不容忽視的，會(huì)浪費(fèi)大量CPU時(shí)間在調(diào)度上[1]。在當(dāng)今互聯(lián)網(wǎng)高并發(fā)場(chǎng)景下，迫切需要新的并發(fā)編程方式來滿足高并發(fā)的需要，同時(shí)降低并發(fā)程序的開發(fā)難度。

并發(fā)編程最大的困難就在與對(duì)共享資源的競(jìng)爭(zhēng)，CSP（Communicating Sequential Process，通訊順序進(jìn)程）和Actor模型都是基于消息傳遞的并發(fā)編程模型，它們的并發(fā)體之間不共享內(nèi)存，由此可以在業(yè)務(wù)代碼層面實(shí)現(xiàn)無鎖并發(fā)。同時(shí)，CSP模型、Actor模型和協(xié)程模型中并發(fā)體的調(diào)度和切換發(fā)生在用戶態(tài)，大幅降低了切換開銷。

1 CSP模型

1.1 CSP模型基本概念

CSP是貝爾實(shí)驗(yàn)室的Tony Hoare在1978年提出的一種并發(fā)模型。CSP有著精確的數(shù)學(xué)模型，并實(shí)際應(yīng)用在了Hoare參與設(shè)計(jì)的T9000通用計(jì)算機(jī)上。CSP模型中最重要的兩個(gè)概念是Process（進(jìn)程）和Channel（通道）。這里的進(jìn)程和傳統(tǒng)多進(jìn)程編程中的進(jìn)程有所區(qū)別，CSP中的進(jìn)程是實(shí)際并發(fā)執(zhí)行的實(shí)體，是一種運(yùn)行在用戶態(tài)的用戶線程，其調(diào)度不是由操作系統(tǒng)來完成的，而是由編程語(yǔ)言的運(yùn)行時(shí)進(jìn)行調(diào)度。CSP中通道是第一類對(duì)象，兩個(gè)獨(dú)立的并發(fā)實(shí)體通過共享的通道進(jìn)行通信。在Java、C++、或者Python等語(yǔ)言的多線程編程中，線程間通信都是通過共享內(nèi)存的方式來進(jìn)行的，在訪問共享數(shù)據(jù)時(shí)，必須通過互斥鎖或信號(hào)量等機(jī)制確保數(shù)據(jù)的一致性。不同于傳統(tǒng)的多線程通過共享內(nèi)存來通信，CSP講究的是“以通信的方式來共享內(nèi)存”。在CSP模型中，程序就是一組無共享狀態(tài)進(jìn)程的并行組合，進(jìn)程間的通信和同步是通過Channel完成的。Process和Channel之間的關(guān)系如圖1所示。

圖1 Process和Channel之間的關(guān)系

1.2 CSP模型在Go語(yǔ)言中的實(shí)現(xiàn)

Go語(yǔ)言是為并發(fā)而生的語(yǔ)言，Go語(yǔ)言是為數(shù)不多的在語(yǔ)言層面實(shí)現(xiàn)并發(fā)的語(yǔ)言。Go語(yǔ)言強(qiáng)大的并發(fā)編程能力，使其在微服務(wù)架構(gòu)和云原生技術(shù)領(lǐng)域大放異彩，Docker、Kubernetes和etcd等軟件均是采用Go語(yǔ)言進(jìn)行開發(fā)的[2]。Go語(yǔ)言中通過Goroutine（Go協(xié)程）與Channel實(shí)現(xiàn)了CSP模型中的核心概念Process和Channel。Process在go語(yǔ)言上的表現(xiàn)就是Gorou?tine，它是實(shí)際并發(fā)執(zhí)行的實(shí)體，每個(gè)實(shí)體之間是通過Channel通訊來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。

（1）Goroutine的特點(diǎn)

不同于Python基于進(jìn)程的并發(fā)模型，以及C++、Java等基于線程的并發(fā)模型，Go語(yǔ)言采用輕量級(jí)的Goroutine來實(shí)現(xiàn)并發(fā)。Goroutine是Go語(yǔ)言中并發(fā)的執(zhí)行單位，通過Go關(guān)鍵字可以簡(jiǎn)單而快速地創(chuàng)建一個(gè)Goroutine。與線程相比，Goroutine具有以下特點(diǎn)：

●用戶態(tài)。Goroutine處于用戶態(tài)，由Go語(yǔ)言調(diào)度器進(jìn)行調(diào)度，避免了內(nèi)核態(tài)和用戶態(tài)的切換導(dǎo)致的成本。Goroutine之間切換的開銷要比線程切換的開銷小得多，一個(gè)Go語(yǔ)言程序可以輕而易舉地創(chuàng)建成千上萬個(gè)Goroutine，而操作系統(tǒng)能夠創(chuàng)建的線程數(shù)量要少得多。

●輕量級(jí)。在一般的操作系統(tǒng)中，線程棧的大小是固定的且在運(yùn)行過程中線程棧的大小不能伸縮，例如Linux系統(tǒng)默認(rèn)線程棧大小是2MB。Goroutine默認(rèn)棧要比線程棧小很多，一個(gè)Goroutine只占幾KB，并且Goroutine的棧是可伸縮的。

●通信靈活。Goroutine既可以通過共享內(nèi)存進(jìn)行通信，也可以通過Channel進(jìn)行通信，給并發(fā)編程帶來了較大的靈活性。

（2）Goroutine的調(diào)度

Goroutine處于用戶態(tài)，最終要在操作系統(tǒng)線程上執(zhí)行，Go語(yǔ)言調(diào)度器負(fù)責(zé)將多個(gè)Goroutine復(fù)用到線程上。調(diào)度器是線程和Goroutine的中間層，通過調(diào)度器的調(diào)度，每一個(gè)內(nèi)核線程都能夠執(zhí)行多個(gè)Goroutine，并且在Goroutine進(jìn)行一些I/O操作時(shí)及時(shí)切換，提高線程的利用率。Go目前使用的調(diào)度器是基于GMP模型重新設(shè)計(jì)的，其中G表示Goroutine，它是一個(gè)待執(zhí)行的任務(wù)；M表示操作系統(tǒng)的線程，它由操作系統(tǒng)的調(diào)度器調(diào)度和管理；P表示處理器，它可以被看做運(yùn)行在線程上的本地調(diào)度器。

（3）Go Channel

(1)給出輸入信號(hào)x(t)，設(shè)置迭代次數(shù)，通常情況下，迭代次數(shù)越高，分解越精確，但是同時(shí)所花時(shí)間也越長(zhǎng)。將重建信號(hào)初始化置零。

作為Go核心的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和Goroutine之間的通信方式，Channel是支撐Go語(yǔ)言高性能并發(fā)編程模型的重要結(jié)構(gòu)。在很多主流的編程語(yǔ)言中，多個(gè)線程一般通過共享內(nèi)存方式進(jìn)行通信和傳遞數(shù)據(jù)。雖然在Go語(yǔ)言中也能使用共享內(nèi)存加互斥鎖進(jìn)行通信，但推薦的方式是通過Channel進(jìn)行Goroutine之間的通信。“不要通過共享內(nèi)存來通信，要通過通信來共享內(nèi)存”是Go語(yǔ)言重要的設(shè)計(jì)哲學(xué)。

Go語(yǔ)言中的Channel是一種隊(duì)列式的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，遵循先入先出的規(guī)則。Go中Channel的容量可以為0，容量為0的Channel被稱為無緩沖的Channel，容量大于0的Channel被稱為有緩沖的Channel。對(duì)于無緩沖Channel，如果向Channel發(fā)送數(shù)據(jù)的Goroutine先被調(diào)用，則該Goroutine將被掛起直到接收數(shù)據(jù)的Gorou?tine被調(diào)用。同樣，如果接收數(shù)據(jù)的Goroutine先被調(diào)用，它將被掛起直到發(fā)送數(shù)據(jù)的Goroutine被調(diào)用。有緩沖的Channel和阻塞隊(duì)列非常類似，如果Channel已滿，那么向Channel發(fā)送數(shù)據(jù)的Goroutine將被掛起。反之，如果Channel為空，從Channel接收數(shù)據(jù)的Gor?outine將被掛起。Channel支持創(chuàng)建、接收、發(fā)送和關(guān)閉四個(gè)操作。與BlockingQueue不同的是，Channel可以被關(guān)閉，發(fā)送者關(guān)閉通道來表明沒有更多的元素將會(huì)進(jìn)入通道。Go從語(yǔ)言層面保證同一個(gè)時(shí)間只有一個(gè)Goroutine能夠訪問Channel里面的數(shù)據(jù)。基于這些特性，使用Channel可以輕松實(shí)現(xiàn)Goroutine之間的同步和互斥。

2 Actor模型

2.1 Actor模型基本概念

Actor模型是一種并發(fā)計(jì)算模型，其中的Actor是計(jì)算的基本單位，1973年Carl Hewitt在論文A Universal Modular Actor Formalism for Artificial Intelligence中首次提出Actor模型[3]。Actor模型由一個(gè)個(gè)稱為Actor的執(zhí)行體和Mailbox（郵箱）組成。在Actor理論中，一切都被認(rèn)為是Actor，一個(gè)Actor實(shí)例是執(zhí)行計(jì)算的最小單元，擁有自己的狀態(tài)和行為，它能接收一個(gè)消息并且基于消息內(nèi)容執(zhí)行計(jì)算任務(wù)。

Actor與Actor之間只能通過消息進(jìn)行通信，一個(gè)Actor可以發(fā)送消息給其他Actor，也可以從其他Actor接收消息，如圖2所示。Actor模型內(nèi)部的狀態(tài)由自己的行為維護(hù)，外部線程不能直接調(diào)用對(duì)象的行為，保證了Actor內(nèi)部數(shù)據(jù)只有被自己修改。Actor的一大重要特征在于Actor之間相互隔離，它們并不互相共享內(nèi)存，一個(gè)Actor能維持一個(gè)私有的狀態(tài)。由于Actor之間沒有共享數(shù)據(jù)，所以可以輕松實(shí)現(xiàn)無鎖并發(fā)。

圖2 Actor之間的通信方式

每個(gè)Actor都有一個(gè)屬于自己的信箱。Actor的信箱類似一個(gè)隊(duì)列，發(fā)送到Actor的消息依次存入目標(biāo)Actor的信箱中等待處理。每個(gè)Actor是串行處理信箱中的消息的，這樣在Actor內(nèi)部保證了不會(huì)出現(xiàn)并發(fā)安全問題。當(dāng)一個(gè)Actor接收到消息后，它能做如下三件事中的一件：創(chuàng)建其他Actor；向其他Actor發(fā)送消息；指定當(dāng)前的Actor如何處理下一個(gè)消息。這樣的設(shè)計(jì)解耦了Actor之間的關(guān)系，且發(fā)送消息時(shí)不會(huì)被阻塞。雖然所有Actor可以同時(shí)運(yùn)行，但它們都按照信箱接收消息的順序來依次處理消息，且僅在當(dāng)前消息處理完成后才會(huì)處理下一個(gè)消息。

2.2 Actor模型在Scala語(yǔ)言中的實(shí)現(xiàn)

Scala語(yǔ)言的Akka庫(kù)實(shí)現(xiàn)了Actor模型，其借鑒了Erlang的Actor模型實(shí)現(xiàn)，同時(shí)又引入了許多新的特性，為并發(fā)編程提供了強(qiáng)大的工具[4]。Akka是一款優(yōu)秀的分布式并發(fā)框架，由Scala語(yǔ)言開發(fā)，運(yùn)行于Java虛擬機(jī)之上，同時(shí)支持使用Scala、Java和Kotlin等基于JVM的語(yǔ)言進(jìn)行編程。在Scala語(yǔ)言中仍然可以使用Java線程，但是使用Akka中的Actor模型是更好的選擇。Akka中的Actor是一個(gè)比線程更高層的抽象，最終是跑在Java的線程中的，多個(gè)Actor在底層可以共享一個(gè)線程。使用Akka進(jìn)行并發(fā)編程可以不用擔(dān)心底層線程、鎖和共享數(shù)據(jù)沖突等傳統(tǒng)多線程編程面臨的問題。Akka提供了豐富的組件，比如郵箱、路由組件、持久化組件等，在底層對(duì)分布式和并行模式進(jìn)行了高度且統(tǒng)一的抽象，使用很少的代碼就可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)完整的高并發(fā)分布式應(yīng)用[5]。

（1）Akka中Mailbox的并發(fā)安全機(jī)制

對(duì)于Mailbox存在兩個(gè)操作，一個(gè)是向Mailbox中寫入消息，一個(gè)是從Mailbox中讀取消息，因此可能會(huì)出現(xiàn)一條消息在被寫入Mailbox中還沒結(jié)束的時(shí)候，就被Actor讀取走的情況，這就會(huì)引發(fā)并發(fā)安全問題。所以Mailbox必須保證消息完整地寫入后才能被接收處理，即Mailbox必須是并發(fā)訪問安全的。Mailbox的底層數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是一個(gè)線程安全的存儲(chǔ)消息的隊(duì)列，Scala標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)中的LinkedBlockingDeque和ConcurrentLinked?Queue等線程安全隊(duì)列均可以作為Mailbox的底層基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)。但Akka沒有采用這種方案，而是實(shí)現(xiàn)了一個(gè)AbstractNodeQueue數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)是一個(gè)功能更加明確的隊(duì)列，專門為Mailbox的需求所設(shè)計(jì)，在兼顧較高性能的同時(shí)，保證了上層Mailbox的并發(fā)訪問安全。

（2）Actor之間的消息傳遞

在Akka中，可以使用tell和ask兩種方式向Actor發(fā)送消息，它們都以異步的方式發(fā)送消息，不同的是，前者發(fā)完后立即返回，而后者會(huì)返回一個(gè)Future對(duì)象，假如在設(shè)置的時(shí)間內(nèi)沒有得到返回結(jié)果，消息的發(fā)送方會(huì)收到一個(gè)超時(shí)異常。

（3）Akka中Actor的層級(jí)關(guān)系

如圖3所示，Actor系統(tǒng)從上到下有嚴(yán)格的層級(jí)關(guān)系。與父進(jìn)程可以創(chuàng)建子進(jìn)程類似，一個(gè)Actor也可以創(chuàng)建多個(gè)子Actor，最終形成一種樹形結(jié)構(gòu)。當(dāng)子Ac?tor在處理消息時(shí)發(fā)生了異常，父Actor可以通過預(yù)先設(shè)定的動(dòng)作進(jìn)行處理，處理方式有：恢復(fù)子Actor、重啟子Actor、停止子Actor、向上級(jí)Actor報(bào)告，這樣的處理方式被稱為“父監(jiān)督”模式。

圖3 Actor系統(tǒng)的樹形結(jié)構(gòu)

3 協(xié)程

3.1 協(xié)程基本概念

協(xié)程并不是一個(gè)新概念，早在1963年協(xié)程這一概念就被提出[6-7]，并在古老的Simula和Modula-2語(yǔ)言中得到了實(shí)現(xiàn)。但長(zhǎng)期以來，協(xié)程這一概念并沒有引起足夠的重視，主流編程語(yǔ)言也鮮見對(duì)于協(xié)程的支持。隨著云計(jì)算、大數(shù)據(jù)時(shí)代的到來，如何提高軟件的并發(fā)能力以充分利用硬件性能成為重要的研究課題。在高并發(fā)條件下，協(xié)程具有上下文切換開銷小和資源利用率高的特性而重新得到開發(fā)人員的重視。隨著Lua、Golang、Kotlin等主流語(yǔ)言對(duì)于協(xié)程的支持越來越完善，協(xié)程重新登上歷史舞臺(tái)。

協(xié)程又稱纖程，是一種用戶級(jí)線程，操作系統(tǒng)不知道協(xié)程的存在。協(xié)程與進(jìn)程或線程最直接的區(qū)別表現(xiàn)在，協(xié)程是編譯器層面的概念，而進(jìn)程與線程則是操作系統(tǒng)層面的概念。協(xié)程能夠被掛起，稍后再在掛起的位置恢復(fù)執(zhí)行，其掛起和恢復(fù)是由開發(fā)者的程序邏輯自己控制的，通過主動(dòng)掛起讓出運(yùn)行權(quán)可以實(shí)現(xiàn)協(xié)程之間的協(xié)作。和進(jìn)程與線程相比，協(xié)程具有以下幾個(gè)優(yōu)勢(shì)。其一，創(chuàng)建協(xié)程消耗的系統(tǒng)資源更小。協(xié)程的?？臻g可以根據(jù)需要進(jìn)行擴(kuò)容和縮容，最小為內(nèi)存頁(yè)長(zhǎng)，而線程的?？臻g大小一般為MB級(jí)別。其二，協(xié)程之間的切換代價(jià)更小。協(xié)程的調(diào)度發(fā)生在用戶態(tài)，避免了線程上下文切換帶來的開銷。其三，協(xié)程可以實(shí)現(xiàn)無鎖編程。

2004年Lua語(yǔ)言之父Roberto Ierusalimschy在其發(fā)表的論文Revisiting Coroutines中，根據(jù)協(xié)程的實(shí)現(xiàn)方式的差異對(duì)協(xié)程進(jìn)行了分類[8]。

按是否開辟調(diào)用棧，將協(xié)程分為有棧協(xié)程和無棧協(xié)程。有棧協(xié)程具有自己的調(diào)用棧，協(xié)程掛起時(shí)其中斷狀態(tài)會(huì)保存在調(diào)用棧中。其優(yōu)點(diǎn)是可以在任意函數(shù)調(diào)用層級(jí)的任意位置掛起，并轉(zhuǎn)移調(diào)度權(quán)。Lua語(yǔ)言中的協(xié)程是這種實(shí)現(xiàn)方式的典型代表。與之相對(duì)應(yīng)，無棧協(xié)程沒有自己的調(diào)用棧，掛起點(diǎn)的狀態(tài)則是通過狀態(tài)機(jī)或者閉包等語(yǔ)法來實(shí)現(xiàn)。其優(yōu)點(diǎn)是內(nèi)存開銷較小，Python語(yǔ)言中的Generator是這種協(xié)程的典型代表。

按調(diào)度方式的不同，將協(xié)程分為對(duì)稱協(xié)程和非對(duì)稱協(xié)程。對(duì)稱協(xié)程中每一個(gè)協(xié)程都是地位平等且相互獨(dú)立的，調(diào)度權(quán)可以在任意協(xié)程之間轉(zhuǎn)移。上文中提到的Go語(yǔ)言中的Goroutine是這種實(shí)現(xiàn)方式的典型代表，Goroutine可以通過對(duì)Channel的讀寫實(shí)現(xiàn)控制權(quán)的自由轉(zhuǎn)移。而非對(duì)稱協(xié)程在掛起后，只能將調(diào)度權(quán)出讓給它的調(diào)用者，即協(xié)程之間存在調(diào)用與被調(diào)用的關(guān)系。Lua語(yǔ)言中的協(xié)程是典型的非對(duì)稱協(xié)程，當(dāng)前協(xié)程調(diào)用yield后總是將調(diào)度權(quán)讓給之前調(diào)用它的協(xié)程。

協(xié)程是用戶態(tài)的概念，其最終還是要運(yùn)行在操作系統(tǒng)線程上，根據(jù)協(xié)程和線程的對(duì)應(yīng)關(guān)系，可以分為多對(duì)一、一對(duì)一和多對(duì)多三類。多對(duì)一是指多個(gè)協(xié)程對(duì)應(yīng)一個(gè)底層線程，只要內(nèi)存足夠，一個(gè)線程中可以有任意多個(gè)協(xié)程，多個(gè)協(xié)程共享該線程分配到的計(jì)算機(jī)資源。其優(yōu)點(diǎn)是協(xié)程切換時(shí)不會(huì)進(jìn)入內(nèi)核態(tài)，從而減少切換開銷。一對(duì)一是指協(xié)程和底層線程是一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，這種方式可以充分利用多核性能，但是協(xié)程切換會(huì)進(jìn)入內(nèi)核態(tài)，開銷較大。多對(duì)多是指協(xié)程和底層線程沒有特定對(duì)應(yīng)關(guān)系。某一協(xié)程在某時(shí)刻可以在線程A執(zhí)行，一段時(shí)間之后又可能在線程B上執(zhí)行。這種方式融合了前兩種方式的優(yōu)點(diǎn)，但是實(shí)現(xiàn)較為困難。

3.2 協(xié)程在Kotlin語(yǔ)言中的實(shí)現(xiàn)

Kotlin是一種運(yùn)行在Java虛擬機(jī)上的靜態(tài)類型語(yǔ)言，由JetBrain公司設(shè)計(jì)開發(fā)。Kotlin目前是JVM語(yǔ)言家族中的重要成員之一，它的出現(xiàn)充分彌補(bǔ)了Java缺乏現(xiàn)代化編程語(yǔ)言特性的缺憾[9]。在Google I/O 2017大會(huì)上，Google宣布Kotlin成為Android官方開放語(yǔ)言。

Kotlin是少有的幾門從語(yǔ)法和標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)兩個(gè)層面對(duì)協(xié)程提供支持的編程語(yǔ)言。在語(yǔ)法層面，被suspend關(guān)鍵字修飾的函數(shù)稱為掛起函數(shù)，Kotlin協(xié)程的掛起和恢復(fù)本質(zhì)上就是掛起函數(shù)的掛起和恢復(fù)[10]。掛起函數(shù)只能在協(xié)程體內(nèi)或其他掛起函數(shù)內(nèi)調(diào)用，不能被普通函數(shù)調(diào)用。同時(shí)，除了標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)以外，Kotlin官方還推出了面向生產(chǎn)環(huán)境的kotlin.coroutines框架，該框架提供了豐富的編程接口和組件來支撐生產(chǎn)環(huán)境中異步高并發(fā)程序的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，例如熱數(shù)據(jù)通道Channel、冷數(shù)據(jù)流Flow等高級(jí)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

Kotlin語(yǔ)言除了可以編譯為字節(jié)碼運(yùn)行在Java虛擬機(jī)上以外，還可以通過LLVM編譯鏈工具最終編譯成機(jī)器碼，這一多平臺(tái)特性大大擴(kuò)展了協(xié)程的應(yīng)用場(chǎng)景。目前Kotlin對(duì)于協(xié)程的支持正在不斷完善，快速迭代，相信不久的將來，必將給開發(fā)者帶來開發(fā)體驗(yàn)和開發(fā)效率上的全方位提升。

4 模型之間的比較

如表1所示，協(xié)程、CSP模型和Actor模型與傳統(tǒng)的多進(jìn)程/多線程相比，具有通信方式靈活、并發(fā)度高、調(diào)用棧較小和開銷低的特點(diǎn)。

表1 并發(fā)編程模型之間的比較

進(jìn)程、線程和協(xié)程的異同點(diǎn)表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：每個(gè)進(jìn)程擁有獨(dú)立的堆和棧，進(jìn)程之間既不共享堆，也不共享?xiàng)?，其調(diào)度由操作系統(tǒng)負(fù)責(zé)。每個(gè)線程擁有獨(dú)立的棧和共享的堆，線程之間不共享?xiàng)＃贿M(jìn)程內(nèi)的線程共享堆空間，其調(diào)度亦由操作系統(tǒng)負(fù)責(zé)。協(xié)程，也是共享堆，不共享?xiàng)＃珔f(xié)程不是操作系統(tǒng)調(diào)度單元，而是由用戶調(diào)度。

CSP模式和Actor模式有許多共同點(diǎn)，兩者都通過消息傳遞的方式來避免共享內(nèi)存引發(fā)的數(shù)據(jù)競(jìng)爭(zhēng)問題，Actor模型中的Mailbox與CSP模型中的Channel都滿足先進(jìn)先出的特性。但CSP與Actor有以下幾點(diǎn)比較大的區(qū)別：

（1）Actor模型中的Mailbox對(duì)程序員是透明的，Mailbox明確歸屬于某一個(gè)特定的Actor，是Actor模型的內(nèi)部機(jī)制。CSP模型中的Channel對(duì)于程序員來說是可見的，必須由程序員手動(dòng)創(chuàng)建。

（2）Actor模型中發(fā)送消息是非阻塞的。相反，CSP中的Channel是一個(gè)阻塞隊(duì)列，當(dāng)Channel已滿時(shí)，繼續(xù)向Channel發(fā)送數(shù)據(jù)，會(huì)導(dǎo)致發(fā)送消息的Goroutine被掛起。當(dāng)Channel為空時(shí)，繼續(xù)從Channel讀取數(shù)據(jù)，會(huì)導(dǎo)致接收消息的Goroutine被掛起。

（3）Actor模型理論上不保證消息百分比送達(dá)，而Go實(shí)現(xiàn)的CSP模型中，能保證消息百分百送達(dá)。

（4）Actor模型中，Actor與Mailbox是一對(duì)一的關(guān)系，每個(gè)Actor有且只有一個(gè)Mailbox，而在CSP中Channel和Process之間沒有從屬關(guān)系，兩者之間是多對(duì)多的關(guān)系，Process可以訂閱任意個(gè)Channel，一個(gè)Channel也可以被多個(gè)Process操作。

5 結(jié)語(yǔ)

隨著多核CPU的高速發(fā)展和大規(guī)模分布式應(yīng)用的逐漸普及，提高軟件系統(tǒng)的并發(fā)能力是當(dāng)前亟待解決的問題,傳統(tǒng)的多進(jìn)程和多線程編程方式無法較好地滿足快速構(gòu)建高可用、高性能和高并發(fā)的分布式應(yīng)用的要求。在當(dāng)今互聯(lián)網(wǎng)高并發(fā)場(chǎng)景下，迫切需要新的并發(fā)編程方式來滿足高并發(fā)的需要，同時(shí)降低并發(fā)程序的開發(fā)難度。使用傳統(tǒng)并發(fā)編程方式寫出一個(gè)高性能并且可擴(kuò)展的并發(fā)程序是相當(dāng)困難的。高并發(fā)程序設(shè)計(jì)既是一個(gè)重點(diǎn)，也是一個(gè)難點(diǎn)。

提高系統(tǒng)的并發(fā)能力主要有垂直擴(kuò)展和水平擴(kuò)展兩種方式，垂直擴(kuò)展通過提升單機(jī)性能來提高系統(tǒng)的并發(fā)性能，水平擴(kuò)展則通過增加服務(wù)器數(shù)量提升并發(fā)性。未來分布式高并發(fā)應(yīng)用場(chǎng)景的不斷多樣化，提高系統(tǒng)的并發(fā)性必將朝著垂直擴(kuò)展和水平擴(kuò)展相結(jié)合的方向發(fā)展。CSP、Actor和協(xié)程等并發(fā)計(jì)算模型是進(jìn)行垂直擴(kuò)展，提高系統(tǒng)并發(fā)能力的重要手段，隨著編程語(yǔ)言對(duì)并發(fā)計(jì)算模型的支持不斷完善，新的編程方式必將大大提升應(yīng)用開發(fā)效率。