Clojure - 并发编程

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在 Clojure 编程中，大多数数据类型都是不可变的，因此在并发编程中，使用这些数据类型的代码在多处理器上运行时非常安全。但是，很多时候都需要共享数据，而当涉及到跨多个处理器的共享数据时，就必须确保在使用多个处理器时数据的完整性得到维护。这就是所谓的并发编程，Clojure 提供了对这种编程的支持。

软件事务内存系统 (STM)，通过 dosync、ref、set、alter 等暴露，支持以同步和协调的方式在线程之间共享变化状态。agent 系统支持以异步和独立的方式在线程之间共享变化状态。原子系统支持以同步和独立的方式在线程之间共享变化状态。而动态 var 系统，通过 def、binding 等暴露，支持在线程内隔离变化状态。

其他编程语言也遵循并发编程的模型。

• 它们对可以更改的数据具有直接引用。

• 如果需要共享访问，则锁定对象，更改值，然后继续进行对该值的下次访问。

在 Clojure 中没有锁，而是对不可变持久数据结构的间接引用。

Clojure 中有三种类型的引用。

• Vars − 更改在线程中隔离。

• Refs − 更改在线程之间同步和协调。

• Agents − 涉及线程之间的异步独立更改。

关于并发编程，在 Clojure 中可以进行以下操作。

事务

Clojure 中的并发基于事务。引用只能在事务中更改。事务中应用以下规则。

• 所有更改都是原子且隔离的。
• 对引用的每次更改都发生在一个事务中。
• 没有任何事务可以看到另一个事务所做的更改。
• 所有事务都放置在 dosync 块内。

我们已经了解了 dosync 块的作用，让我们再来看一下。

dosync

在一个包含表达式和任何嵌套调用的事务中运行表达式（在一个隐式的 do 中）。如果此线程上尚未运行任何事务，则启动一个事务。任何未捕获的异常都将中止事务并从 dosync 中流出。

以下是语法。

语法

(dosync expression)

参数 − ‘expression’ 是将在 dosync 块中出现的表达式集。

返回值 − 无。

让我们来看一个尝试更改引用变量值的示例。

示例

(ns clojure.examples.example
   (:gen-class))
(defn Example []
   (def names (ref []))
   (alter names conj "Mark"))
(Example)

输出

运行上述程序时会显示以下错误。

Caused by: java.lang.IllegalStateException: No transaction running
   at clojure.lang.LockingTransaction.getEx(LockingTransaction.java:208)
   at clojure.lang.Ref.alter(Ref.java:173)
   at clojure.core$alter.doInvoke(core.clj:1866)
   at clojure.lang.RestFn.invoke(RestFn.java:443)
   at clojure.examples.example$Example.invoke(main.clj:5)
   at clojure.examples.example$eval8.invoke(main.clj:7)
   at clojure.lang.Compiler.eval(Compiler.java:5424)
   ... 12 more

从错误中可以清楚地看到，在启动事务之前，不能更改引用类型的值。

为了使上述代码能够工作，我们必须将 alter 命令放在 dosync 块中，如下面的程序所示。

示例

(ns clojure.examples.example
   (:gen-class))
(defn Example []
   (def names (ref []))
   
   (defn change [newname]
      (dosync
         (alter names conj newname)))
   (change "John")
   (change "Mark")
   (println @names))
(Example)

上述程序产生以下输出。

输出

[John Mark]

让我们看看 dosync 的另一个示例。

示例

(ns clojure.examples.example
   (:gen-class))
(defn Example []
   (def var1 (ref 10))
   (def var2 (ref 20))
   (println @var1 @var2)
   
   (defn change-value [var1 var2 newvalue]
      (dosync
         (alter var1 - newvalue)
         (alter var2 + newvalue)))
   (change-value var1 var2 20)
   (println @var1 @var2))
(Example)

在上面的示例中，我们在 dosync 块中更改了两个值。如果事务成功，则两个值都将更改，否则整个事务都将失败。

上述程序产生以下输出。

输出

10 20
-10 40