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Clojure的并发(三)Atom、缓存和性能
阅读量:5758 次
发布时间:2019-06-18

本文共 3744 字,大约阅读时间需要 12 分钟。

三、Atom和缓存
    Ref适用的场景是系统中存在多个相互关联的状态,他们需要一起更新,因此需要通过dosync做事务包装。但是如果你有一个状态变量,不需要跟其他状态变量协作,这时候应该使用Atom了。可以将一个Atom和一个Ref一起在一个事务里更新吗?这没办法做到,如果你需要相互协作,你只能使用Ref。Atom适用的场景是状态是独立,没有依赖,它避免了与其他Ref交互的开销,因此性能会更好,特别是对于读来说。
 1、定义Atom,采用atom函数,赋予一个初始状态:
(def mem (atom {}))
这里将mem的初始状态定义为一个map。
2、deref和@:可以用deref函数,也可以简单地用宏@,这跟Ref一样,取atom的值:
@mem
       
=>
 {}
(deref mem)  => {}
3、reset!:重新设置atom的值,不关心当前值是什么:
 (
reset
!
 mem {
:
1
})
查看mem:
user
=>
 
@mem
{
:
1
}
已经更新到新的map了。
4、swap!:如果你的更新需要依赖当前的状态值,或者只想更新状态的某个部分,那么就需要使用swap!(类似alter):
(swap
!
 an
-
atom f 
&
 args)
swap! 将函数f作用于当前状态值和额外的参数args之上,形成新的状态值,例如我们给mem加上一个keyword:
user
=>
 (swap
!
 mem assoc 
:
2
)
{
:
2
,
 
:
1
}
看到,:b 2被加入了当前的map。
5、compare and set:
类似原子变量AtomicInteger之类,atom也可以做compare and set的操作:
(compare
-
and
-
set
!
 atom oldValue newValue)
当且仅当atom的当前状态值等于oldValue的时候,将状态值更新为newValue,并返回一个布尔值表示成功或者失败:
user
=>
 (def c (atom 
1
))
#
'user/c
user
=>
 (compare
-
and
-
set
!
 c 
2
 
3
)
false
user
=>
 (compare
-
and
-
set
!
 c 
1
 
3
)
true
user
=>
 
@c
3
6、缓存和atom:
(1)atom非常适合实现缓存,缓存通常不会跟其他系统状态形成依赖,并且缓存对读的速度要求更高。上面例子中用到的mem其实就是个简单的缓存例子,我们来实现一个putm和getm函数:
;;创建缓存
(defn make
-
cache [] (atom {}))
;;放入缓存
(defn putm [cache key value] (swap
!
 cache assoc key value))
;;取出
(defn getm [cache key] (key 
@cache
))
   这里key要求是keyword,keyword是类似:a这样的字符序列,你熟悉ruby的话,可以暂时理解成symbol。使用这些API:
user
=>
 (def cache (make
-
cache))
#
'user/cache
user
=>
 (putm cache 
:
1
)
{
:
1
}
user
=>
 (getm cache 
:
a)
1
user
=>
 (putm cache 
:
2
)
{
:
2
,
 
:
1
}
user
=>
 (getm cache 
:
b)
2
(2)
memoize函数作用于函数f,产生一个新函数,新函数内部保存了一个缓存,缓存从参数到结果的映射。第一次调用的时候,发现缓存没有,就会调用f去计算实际的结果,并放入内部的缓存;下次调用同样的参数的时候,就直接从缓存中取,而不用再次调用f,从而达到提升计算效率的目的。
memoize的实现就是基于atom,查看源码:
(defn memoize
  [f]
  (let [mem (atom {})]
    (fn [
&
 args]
      (
if
-
let [e (find 
@mem
 args)]
        (val e)
        (let [ret (apply f args)]
          (swap
!
 mem assoc args ret)
          ret)))))
内部的缓存名为mem,memoize返回的是一个匿名函数,它接收原有的f函数的参数,if-let判断绑定的变量e是否存在,变量e是通过find从缓存中查询args得到的项,如果存在的话,调用val得到真正的结果并返回;如果不存在,那么使用apply函数将f作用于参数列表之上,计算出结果,并利用swap!将结果加入mem缓存,返回计算结果。
7、性能测试
使用atom实现一个计数器,和使用java.util.concurrent.AtomicInteger做计数器,做一个性能比较,各启动100个线程,每个线程执行100万次原子递增,计算各自的耗时,测试程序如下,代码有注释,不再罗嗦:
(ns atom
-
perf)
(
import
 
'
java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger)
(
import
 
'
java.util.concurrent.CountDownLatch)
(
def
 a (AtomicInteger. 0))
(
def
 b (atom 0))
;;为了性能,给java加入type hint
(defn java
-
inc [
#
^AtomicInteger counter] (.incrementAndGet counter))
(defn countdown
-
latch [
#
^CountDownLatch latch] (.countDown latch))
;;单线程执行缓存次数
(
def
 max_count 
1000000
)
;;线程数 
(
def
 thread_count 
100
)
(defn benchmark [fun]
  (let [ latch (CountDownLatch. thread_count)  ;;关卡锁
         start (System
/
currentTimeMillis) ]     ;;启动时间
       (dotimes [_ thread_count] (.start (Thread. 
#
(do (dotimes [_ max_count] (fun)) (countdown-latch latch))))) 
       (.await latch)
       (
-
 (System
/
currentTimeMillis) start)))
         
(println 
"
atom:
"
 (benchmark 
#
(swap! b inc)))
(println 
"
AtomicInteger:
"
 (benchmark 
#
(java-inc a)))
(println (.get a))
(println @b)
    默认clojure调用java都是通过反射,加入type hint之后编译的字节码就跟java编译器的一致,为了比较公平,定义了java-inc用于调用AtomicInteger.incrementAndGet方法,定义countdown-latch用于调用CountDownLatch.countDown方法,两者都为参数添加了type hint。如果不采用type hint,AtomicInteger反射调用的效率是非常低的。
测试下来,在我的ubuntu上,AtomicInteger还是占优,基本上比atom的实现快上一倍:
atom: 
9002
AtomicInteger: 
4185
100000000
100000000
按照我的理解,这是由于AtomicInteger调用的是native的方法,基于硬件原语做cas,而atom则是用户空间内的clojure自己做的CAS,两者的性能有差距不出意料之外。
看了源码,Atom是基于java.util.concurrent.atomic.AtomicReference实现的,调用的方法是
 
public
 
final
 
boolean
 compareAndSet(V expect, V update) {
        
return
 unsafe.compareAndSwapObject(
this
, valueOffset, expect, update);
    }
而AtomicInteger调用的方法是:
    
public
 
final
 
boolean
 compareAndSet(
int
 expect, 
int
 update) {
    
return
 unsafe.compareAndSwapInt(
this
, valueOffset, expect, update);
    }
两者的效率差距有这么大吗?暂时存疑。
    文章转自庄周梦蝶  ,原文发布时间2010-07-17

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