Clojure - 并发编程

在 Clojure 编程中，大多数数据类型都是不可变的，因此当涉及并发编程时，当代码在多个处理器上运行时，使用这些数据类型的代码非常安全。 但很多时候，需要共享数据，当涉及到跨多个处理器共享数据时，有必要确保在与多个处理器一起工作时保持数据状态的完整性。 这称为并发编程，Clojure 为此类编程提供支持。

通过 dosync、ref、set、alter 等公开的软件事务内存系统 (STM) 支持以同步和协调的方式在线程之间共享更改状态。 代理系统支持以异步且独立的方式在线程之间共享变化的状态。 原子系统支持以同步且独立的方式在线程之间共享变化的状态。 而通过 def、绑定等公开的动态 var 系统支持隔离线程内的更改状态。

其他编程语言也遵循并发编程模型。

• 它们直接引用可以更改的数据。

• 如果需要共享访问，则对象将被锁定，值将被更改，并且该过程将继续进行下一次访问该值。

在 Clojure 中没有锁，而是对不可变持久数据结构的间接引用。

Clojure 中存在三种类型的引用。

• 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，Clojure 中可以进行以下操作。

事务

Clojure 中的并发基于事务。 引用只能在事务内更改。 交易中适用以下规则。

• 所有更改都是原子且独立的。
• 对引用的每次更改都发生在事务中。
• 任何一笔交易都不会受到另一笔交易的影响。
• 所有事务都放置在 dosync 块内。

我们已经了解了 dosync 块的作用，让我们再看一下。

dosync

在包含表达式和任何嵌套调用的事务中运行表达式（在隐式 do 中）。 如果该线程上尚未运行任何事务，则启动事务。 任何未捕获的异常都会中止事务并流出 dosync。

语法如下。

语法

(dosync expression)

参数 − "表达式"是将出现在 dosync 块中的表达式集。

返回值 − None。

让我们看一个示例，其中我们尝试更改引用变量的值。

示例

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

输出

上面的程序运行时出现以下错误。

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

从错误中您可以清楚地看到，如果不首先启动事务，则无法更改引用类型的值。

为了使上述代码正常工作，我们必须将 alter 命令放置在 dosync 块中，如以下程序所示。

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)

上面的程序产生以下输出。

输出

[John Mark]

让我们看看 dosync 的另一个例子。

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，我们有两个值在 dosync 块中发生更改。 如果交易成功，两个值都会改变，否则整个交易将失败。

上面的程序产生以下输出。

输出

10 20
-10 40