关于Transactional Memory

Transactional Memory
这个概念是从数据库中借来的。一个Transaction应该具有ACID的特性。
随着处理器发展的趋势，高质量的并发程序越来越重要。目前，编译器可以自动并行化程序的情况还比较有限，大量的并发程序是由程序员写出来的。对于并发程序中共享资源的控制，基本上都是基于锁机制的。对于这样的并发程序，开发的难度是很大的。普遍认为，开发并发程序的工作量是同样的单线程程序的三倍。
而Transactional Memory则提出了另外一种解决问题的方法。
其基本的想法是：程序员可以指定某一段程序（可以包含嵌套的函数调用）对Memory的操作为一个Transaction，这段程序在执行的时候，在别的部分看来，它满足数据库中Transaction的A（原子）C（并发）I（独立）的性质（不包括性质D（永久））。更详细一点说，如果atomic关键字用于指定Transaction，那么
atomic{
    op1;
    op2;
    op3;
    ...
}
代码段执行起来就像一个原子：好像整个系统中只有一个线程在执行它，并且从头执行到尾。对于TM的实现，一般采用的是“乐观的同步”思想。当一个Transaction可以执行的时候，就执行它。而且在这里并不会去锁住某个锁。但是，执行这个Transaction的线程必须有一个线程局部的log，对于Transaction中访问到的每一个“共享”变量，在第一次访问时需要记下它的原始值，之后，记录下所有对它的读和写操作。对共享变量的写操作并不会真的去写变量，而只是记录在log中。当Transaction执行结束时，需要进行提交。这是，运行时系统再次去检查共享变量的值，如果所有的共享变量的当前值和log中记录的原始值一样（没有被别的线程修改过），则Transaction成功提交，将log中的对共享变量的最终修改写到共享变量中。否则，提交失败，运行时系统自动地清除空该Transaction的log，然后重新执行这个Transaction。
单从接口而言，TM的方法比加锁的方法更容易使用。此时，程序员不需要自己去指定程序如何并行，而只需要指定一些必须原子完成的代码段，并行性由运行时系统自动的发现并加以利用（运行时系统可以根据数据依赖来决定某个Transaction是否可以运行，并为每一个可以运行的Transaction分配一个单独的线程）。

   事实上，Transactional Memory还是有些问题的。第一，对于一般常用的命令式的语言，编译器很难自动的，准确的分析出那些变量是“共享”变量，那些变量是线程私有的变量。为了保证正确性，只好做一些保守的假设，于是，在一个Transaction的执行过程中会有大量的读写内存的操作被记录在log中，导致的效率的低下。
   对于这个问题，有两种解决方法。第一，用硬件实现Transactional Memory的支持，使得log是自动记录的。
   而我认为更好的另外一个方法是，使用类似于Haskell的纯粹的函数式语言。对于纯粹的函数式语言，计算是没有副作用的。而用于在线程间交换数据或记录状态的“可变”实体，都被显式地封装在Monad中了，所以，很容易从一个Transaction中分辨出这些Monad。那么在记录log的时候，只要关注这少量的几个变量就可以了，其他的都是无副作用的函数，无论怎么计算，得到的结果都会相同。这样，就可以使用软件高效的实现Transactional Memory。
   在并发程序设计越来越重要的现在，程序员的工具仍然是Lock或是Message之类的东西，外加上一个线程库。当然，有很多人致力于怎么定义更好的接口，开发更方便的辅助工具，但是，我们仍然没有一套像“结构化程序设计”或是“面向对象程序设计”那样的方法学来进行并发程序的设计。也许Transactional Memory仍然不会很理想，但是至少是“无穷黑暗中的一丝曙光”......

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