Clojure - 併發程式設計

在 Clojure 程式設計中，大多數資料型別都是不可變的，因此在併發程式設計中，使用這些資料型別的程式碼在多處理器上執行時非常安全。但是，很多時候都需要共享資料，而當涉及到跨多個處理器的共享資料時，就必須確保在使用多個處理器時資料的完整性得到維護。這就是所謂的併發程式設計，Clojure 提供了對這種程式設計的支援。

軟體事務記憶體系統 (STM)，透過 dosync、ref、set、alter 等暴露，支援以同步和協調的方式線上程之間共享變化狀態。agent 系統支援以非同步和獨立的方式線上程之間共享變化狀態。原子系統支援以同步和獨立的方式線上程之間共享變化狀態。而動態 var 系統，透過 def、binding 等暴露，支援線上程內隔離變化狀態。

其他程式語言也遵循併發程式設計的模型。

它們對可以更改的資料具有直接引用。
如果需要共享訪問，則鎖定物件，更改值，然後繼續進行對該值的下次訪問。

在 Clojure 中沒有鎖，而是對不可變持久資料結構的間接引用。

Clojure 中有三種類型的引用。

Vars − 更改線上程中隔離。
Refs − 更改線上程之間同步和協調。
Agents − 涉及執行緒之間的非同步獨立更改。

關於併發程式設計，在 Clojure 中可以進行以下操作。

事務

Clojure 中的併發基於事務。引用只能在事務中更改。事務中應用以下規則。

所有更改都是原子且隔離的。
對引用的每次更改都發生在一個事務中。
沒有任何事務可以看到另一個事務所做的更改。
所有事務都放置在 dosync 塊內。

我們已經瞭解了 dosync 塊的作用，讓我們再來看一下。

dosync

在一個包含表示式和任何巢狀呼叫的事務中執行表示式（在一個隱式的 do 中）。如果此執行緒上尚未執行任何事務，則啟動一個事務。任何未捕獲的異常都將中止事務並從 dosync 中流出。

以下是語法。

語法

(dosync expression)

引數 − ‘expression’ 是將在 dosync 塊中出現的表示式集。

返回值 − 無。

讓我們來看一個嘗試更改引用變數值的示例。

示例

線上演示

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

輸出

執行上述程式時會顯示以下錯誤。

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

從錯誤中可以清楚地看到，在啟動事務之前，不能更改引用型別的值。

為了使上述程式碼能夠工作，我們必須將 alter 命令放在 dosync 塊中，如下面的程式所示。

示例

線上演示

(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)

上述程式產生以下輸出。

輸出

[John Mark]

讓我們看看 dosync 的另一個示例。

示例

線上演示

(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，我們在 dosync 塊中更改了兩個值。如果事務成功，則兩個值都將更改，否則整個事務都將失敗。

上述程式產生以下輸出。

輸出

10 20
-10 40

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