软件性事务：一种编程语言的视角

Erlang，一种可以让并发兼得优美与效率的语言，最近受到了很大的关注。特别是人们把 Erlang 看作是多核处理器下的一种自然编程语言。Erlang 的一个核心设计概念就是“进程”实例之间没有共享存储，它们的通信只能依靠异步消息。然而，共享存储形式的并发仍然是一个强势的研究课题。

上周，UWTV 的 Dan Grossman 发布了一段Webcast，“软件性事务：一种编程语言的视角”。它展示了事务性存储的当代最新发展。Dan 还在 Google 和 UC Berkeley 做了相关的报告。

Dan Grossman是华盛顿大学计算机科学与工程学院的一名助理教授。他的研究领域包括编程语言的设计、实现和理论。

Dan 的报告所关注的是事务对于编程语言的语义和实现会带来哪些影响，并探讨了可伸缩的多线程事务的发展：

多核处理器会引爆并行计算，因此当务之急是降低并发编程的难度。为了简化共享存储形式的并发，软件性事务（Software Transaction）承载了太多承诺，它在最近的十多年里受到了来自研究团体的强烈关注。

他还在事务性存储和垃圾回收之间做了一个有趣的对比：

事务性存储（TM）之于共享存储并发

犹如

垃圾回收（GC）之于内存管理

他解释说，并发编程的困难类似于内存管理，你需要平衡正确性和性能。他也讨论了非模块化的调用者和被调用者之间必须知道彼此，因此通常一个微小的修改都会导致大规模的代码变化。

他认为问题的解决方案是把手动编码的协议迁移到语言的实现中，就像 GC 一样，尽管他也承认事务性存储不是一个完善的解决方案，比如遇到下面这种情况时：

内存冲突严重到近乎无法并行执行的程度。

• “强（Strong）”：如果一个线程在执行一个事务，那么没有其他的线程可以使用共享存储或者进入这个事务。 
• “弱 -1- 锁（Weak-1-lock）”：如果一个线程在执行一个事务，那么没有其他的线程可以进入这个事务。
• “弱 - 撤销（Weak-undo）”：与“弱 -1- 锁”相同，并且允许事务在任何点异常中断，然后撤销修改并重新启动。

他提起了一个被广泛误解的概念：

“弱”隔离只有在相应的锁代码中存在竞争时才会违反“all-at-once”特征。

接下来，Dan 提出了几个关键的定理，包括下面这个：

“弱 - 撤销”允许某些“弱 -1- 锁”不允许的行为

在他报告中的第二部分里，开始关注如何把这些语义应用到多核系统中。首先，Dan 指出了单处理器是一种重要的特例：

• 通过共享存储进行通讯的多个线程不能真正地并行执行 
• 很多编程语言的实现都假设单处理器的存在
• 多核系统为应用程序分配单个核

Dan 认为在单处理器体系结构下，实现事务性存储的强隔离只需要很小的开销。因为内存访问的开销很低，而且回滚操作很少。另外只有写操作才被记录下来。他还提供了一些可以应用在字节码级的静态优化的例子，这种优化能够提升非事务性代码的性能。

Dan 的团队正在研究多线程下的事务。他对一个被普遍认可的重要假设提出了质疑：

大多数语言实现都假设事务中执行的代码是单线程的，但是隔离和并发是两个互不影响的概念（Amdahl定律将受到多核的冲击）。

Dan 认为有很多理由可以做这样的假设，因为它能简化实现。随着芯片内核的数量的增加，这个假设会导致系统性能的下降。如果不做这样的假设，你需要在语言层面上引入内嵌的事务。他还指出，为了获得可伸缩的能力，必须解决 logging 操作的并行化这个重要问题。Dan 还想知道什么时候才真正需要修正 Amdahl 定律，他猜测可能是在核的数量达到几百个的时候。