并发编程（Concurrent Programming）

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小牛编辑

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2023-12-01

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，使用这些数据类型的代码在代码在多个处理器上运行时非常安全。但很多时候，需要共享数据，当涉及跨多个处理器的共享数据时，有必要确保在使用多个处理器时保持数据的完整性状态。这称为concurrent programming ，Clojure为此类编程提供支持。

通过dosync，ref，set，alter等公开的软件事务存储器系统（STM）支持以同步和协调的方式在线程之间共享改变状态。代理系统支持以异步和独立方式共享线程之间的更改状态。原子系统支持以同步和独立的方式共享线程之间的变化状态。而通过def，绑定等公开的动态var系统支持隔离线程内的变化状态。

其他编程语言也遵循并行编程的模型。

它们直接引用可以更改的数据。
如果需要共享访问，则锁定对象，更改值，并继续进行下一次访问该值的过程。

在Clojure中没有锁，但间接引用不可变的持久数据结构。

Clojure中有三种类型的引用。

Vars - Vars在线程中被隔离。
Refs - 线程之间的变化是同步和协调的。
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 (Transactions)

Clojure中的并发性基于事务。引用只能在事务中更改。以下规则适用于交易。

所有变化都是原子的和孤立的。
对引用的每次更改都发生在事务中。
没有交易看到另一个交易产生的影响。
所有事务都放在dosync块中。

我们已经看到了dosync块的功能，让我们再看看它。

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）。如果此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将中止事务并从dosync流出。

以下是语法。

语法 (Syntax)

(dosync expression)

Parameters - 'expression'是将出现在dosync块中的表达式集。

Return Value - 无。

让我们看一个例子，其中我们尝试改变参考变量的值。

例子 (Example)

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

输出 (Output)

运行时上述程序会出现以下错误。

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，在没有首先启动事务的情况下，您无法更改引用类型的值。

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

例子 (Example)

(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 (Output)

[John Mark]

让我们看一下dosync的另一个例子。

例子 (Example)

(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块中被更改。如果事务成功，则两个值都将更改，否则整个事务将失败。

上述程序产生以下输出。

输出 (Output)

10 20
-10 40