並行與併發（二）

並行

pmap

先前的章節已經看過的 map 函式，功能是將群集的各個元素套用到函式之中，產生新的群集。如果被套用的函式需要長時間的運算，等待所有元素都計算完畢就耗時過久。

pmap 函式 (Parallel map) 提供升級的 map 功能，將每個元素的運算分給不同的執行緒，所有元素計算完畢再彙整起來，如果有夠多的計算核心，完成的時間越縮短。

以下的範例中有一個模擬運行耗時十秒的運算，分別套用到有十個元素的群集，使用 pmap 比起 map 效能提升顯著：

(def data [2 4 6 8 10 12 14 16 18 20])
(defn long-computaion [n]
  (Thread/sleep 10000)
  (* n 2))

(time (dorun (map long-computaion data)))
;; => "Elapsed time: 100031.777566 msecs"
(time (dorun (pmap long-computaion data)))
;; => "Elapsed time: 10027.629015 msecs"

可以看到以上範例中，原來的 map 版本以約略於 100 秒的時間完成，而進化的 pmap 版本由於受益於並行化，以近似 10 秒的時間完成。

範例中使用 dorun 強制對 map 返回的惰性序列求值，並以 time 函式計算運行花費的時間。

另外還有 pvalues 以及 pcalls 分別並行地對多個運算式求值，以及呼叫多個函式：

(pvalues (+ 3 2) (/ 2 3) (* 3 2) (- 32 23))
;; => (5 2/3 6 9)
(pcalls #(println "A long time ago in a galaxy far,") #(println "far away") #(println "...."))
;; => A long time ago in a galaxy far,
;; => far away …
;; => (nil nil nil).

Reducer

核心函式庫中的 map、filter、reduce (它還有另外一個名字：fold) 的作用是將一個群集轉換成另一個群集，雖然返回的是惰性序列仍然需要有創建的成本。

不同於核心函式庫的 reducer 函式庫，轉換的則不是資料結構，而是函式。不需要在一連串函式的轉換過程中創建暫時性的序列，而只是轉換運行的函式，此舉將會大大地增加效能。

clojure.core.reducer 函式中的 map 與 filter 函式並不回傳惰性序列，而是傳回屆時可以做化約 (reducible) 的函式，稱爲 reducer。

其中使用了 Java 7 中用以執行並行任務的框架：Fork/Join，將一連串的計算函式並行處理，減少處理時間。以下是典型的 map 與使用 reducer 後的各別效能評比：

(require '[clojure.core.reducers :as r])

(defn old-reduce [nums]
  (reduce + (filter even? (map inc nums))))
(defn new-fold [nums]
  (r/fold + (r/filter even? (r/map inc nums))))

(time (old-reduce (vec (range 1000000))))
;; => "Elapsed time: 136.409418 msecs"
;; => 250000500000
(time (new-fold (vec (range 1000000))))
;; => "Elapsed time: 96.708929 msecs"
;; => 250000500000

狀態管理與併發

併發 (Concurrency) 是指同時有數個執行單元會交互執行，通常會牽涉一些共享的資源以及互相協作。

其實 Clojure 並沒有提供併發相關的函式或巨集，它提供了經過妥善設計的狀態管理方法，讓不同執行單元之間共享資源更容易管理且不易出錯。

在介紹狀態管理方法之前，先來了解 Clojure 對於事物的世界觀。

身份與狀態

在 Clojure 世界中，一件事物分成身份 (Identity) 與狀態 (State)，在時間的長河裡，每件事物在不同的時間有不同的狀態，狀態以值表示，由於值在 Clojure 世界中具有不變性，因此無法對值進行改變。如果要取得事物的狀態，則必須透過身份來取得，但是取得的狀態只是某個時間中狀態的快照 (Snapshot)。

例如一位名爲 Catherine 的使用者，20 歲時剛畢業開始工作，30 歲時結婚，不同的時間有不同的狀態，但是都是同一個身份。如果在傳統的程式語言，身份與狀態是含混不清的：

catherine.age = 20;
catherine.graduated = true;
;; 時間經過十年...
catherine.age += 10;
catherine.married = true;

上面的範例中，一個使用者類型既是代表某一種身份，更混雜了狀態。在 Clojure 中，狀態儲存在四種參考類型中，透過函式取得其中的狀態，新的狀態也是經由函式加上舊的狀態產生而成。而新的狀態在新的時間中，並不會影響其它時間的狀態。

若是有人在 20 秒前取得某個身份的狀態，10 秒後這個身份改變了狀態，之前取得的狀態並不會改變，保證了時間軸上狀態的一致。

參考類型

Clojure 使用四種類型管理狀態，這些類型稱爲參考類型 (Reference type)。四種參考類型分別又隸屬於兩種分類：協作式 (Coordinated) 與同步式 (Synchronous)，協作式指的是不同狀態更新時需要協調合作，同步式則是指在更新狀態前有可能會被阻攔或停滯，因爲其他部分正在更新，所以必須等待。

以下以圖形表示參考類型所屬的分類：

;;       | Coordinated | Uncoordinated
;; ------|-------------|--------------
;; Sync  |    Ref      |    Atom
;; Async |    N/A      |    Agent

（未完待續）