Clojure 的并发（一） Ref和STM
Clojure 的并发（二）Write Skew分析
Clojure 的并发（三）Atom、缓存和性能
Clojure 的并发（四）Agent深入分析和Actor
Clojure 的并发（五）binding和let
Clojure的并发（六）Agent可以改进的地方
Clojure的并发（七）pmap、pvalues和pcalls
Clojure的并发（八）future、promise和线程
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 {
:
a
1
})
查看mem：
user
=>
@mem
{
:
a
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
:
b
2
) {
:
b
2
,
:
a
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
:
a
1
) {
:
a
1
} user
=>
(getm cache
:
a)
1
user
=>
(putm cache
:
b
2
) {
:
b
2
,
:
a
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
