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前言
我们可以通过使用不同的并发模型来实现一个并发系统，线程之间通过协作完成系统给定的任务。不同的并发模型以不同的方式切割任务，线程之间可能存在通信和合作完成不同的任务。
一、并发模型与分布式系统相似
- 在一个并发系统中，不同的线程之间相互通信。
- 在一个分布式系统中，不同的进程之间相互通信。
分布式系统比并发系统面临更多的挑战，比如可能面临网络异常、远程主机或进程停止；并发系统理论上也存在相似的问题，比如CPU异常，内存或硬盘损坏等情况，这种异常的概率相对较小，但实际上是存在的。
二、共享状态 vs 隔离状态
2.1 共享状态
共享状态意味着同一系统的多个线程之间共享一些状态（一般指数据，共享一个或多个对象的数据）。当线程共享状态时，容易引发一些并发问题，比如死锁，竞争条件等等，这取决于线程怎样地使用和访问共享数据等等。
2.2 隔离状态
隔离状态意味着同一系统的多个线程之间不共享状态。如果不同的线程之间需要进行通信，可以通过交换不可变对象、或者使用复制的对象进行通信。当多个线程之间不存在共享状态（或共享数据），就可以避免最常见的并发问题。
备注：隔离状态通常情况下可以让代码实现更加简单，并且可以不用担心发生并发访问的问题，避免一些常见的并发问题。在一些特殊情况下，使用分离状态并发设计可能存在更大的挑战。
三、并发模型
3.1 Parallel Workers (并行工作者并发模式)
并行工作者模式：
传入的工作被分配到不同的工作者去执行，每个工作者执行完整的工作流程。工作者在不同的线程中执行。并行工作者并发模型在 Java 应用程序中很常见，JUC包中很多并发工具类的设计都采用了这种并发模型。
优点：
- 非常容易理解：如果要提高并行效率只需要增加更多的工作者
缺点：
- 存在共享状态时实现更加复杂
- 工作顺序不固定
缺点1：存在共享状态时实现更加复杂
并行工作者模式不同线程存在共享数据时，实现变得更加复杂。共享线程通常需要访问共享对象，不论共享对象存在于内存中还是数据库中。如下图所示
某些共享状态是工作队列中的通信机制，也有些共享状态是业务数据、数据缓存、数据库连接池等等。
并行工作者并发模式的线程之间存在共享数据时会更加复杂，当一个线程修改了共享数据变量时，需要确保其他线程读取的共享数据变量是最新的（线程修改了共享数据变量应该把数据保存至主内存中，而不是保存至线程独有的CPU高速缓存栈中）。线程需要避免死锁、竞争条件、或者其他共享状态的并发问题。
当某个线程正在访问共享数据结构时，其他线程会等待正在访问共享数据结构的线程执行完毕，造成阻塞。这可能导致这些线程在竞争共享数据资源，高的竞争条件会导致许多线程访问共享数据时串行执行。
现代非阻塞并发算法可能降低竞争并且提高性能，但是非阻塞并发算法很难实现。
持久性数据结构是另一种选择，当持久性数据结构被修改时，他总是保持修改前版本。当多个线程引用了某个持久性数据结构，其中某个线程对持久性数据结构做了修改时，这个修改了持久性数据结构的线程获得了最新的引用数据，而其他的线程保持原来的引用的数据。在共享数据被修改时，持久性数据结构的方式是一个很好的解决方案。
关于持久性数据结构的举例：
- 当某个线程给ArrayList添加一个元素时，新添加的元素对其他线程并不可见
- 也存在某些缺陷，比如LinkedList， 由于LinkedList是链表的数据结构，链表的每个元素都是一个单独的对象，这种数据结构分布在内存块中的各个地方。然而现代CPU在访问顺序的数据结构时要快的多，比如ArrayList，所以CPU在访问ArrayList时能够表现出更加卓越的性能。CPU能够一次加载一个较大的数组类型的数据结构至高速缓存中，但是无法将一个元素分布至内存各个地方的链表（ListedList）加载到CPU的高速缓存中。
无状态工作者
共享数据可以被系统中某个线程修改，其他线程在每次访问共享数据时必须重新读取最新的内存中的数据，以保证线程在执行中时拿到的是最新的内存副本，一个线程不始终保持自己线程独有的CPU高速缓存数据的状态称为无状态。
缺点2：工作顺序不固定
工作A可能被分配给线程A执行，也可能被分配给线程B执行，因此并行工作者模式的执行顺序不是固定的。
3.2 Assembly Line (流水线并发模式)
这种模式就像工厂中流水线的工人一样，每个工作者只负责整个生产车间的一部分工作，每个工作者负责的这部分工作完成之后会传递给下一个工作者。
每个工作者在自己的线程内执行，不存在共享状态，流水线并发模式也被称为无共享并发模式。
流水线并发模式经常在非阻塞IO (NIO) 被设计使用。当一个工作者开始IO操作，其他工作者不需要等待IO操作结束。IO操作很慢，所以等待IO操作完成会浪费大量CPU时间，当IO操作完成时，IO操作的结果会被传递给其他工作者。
关于NIO， 在IO操作确定工人之间的界限。如图
实际上，工作模式可能不只一条流水线，大多数系统可以设计多条流水线。
工作可能并定向到一个工作者进行并行处理。比如一个工作可能同时被分配到工作执行器和日志执行器中执行。
流水线并发模式也被称为反应系统或者事件响应系统。
优点：
- 不共享状态
- 可以顺序执行工作
缺点
- 作业的执行分散在各个工人
- 调试更加复杂