并发编程学习笔记（一）------并发编程的挑战

向右看齐 2021-12-14 11:59 362阅读 0赞

注明：  
参考书作者：方腾飞 魏鹏 程晓明  
参考书目：《Java 并发编程的艺术》

# 上下文切换 #

1.什么是上下文切换？  
CPU通过时间片分配算法来循环执行任务，当前任务执行一个时间片后会切换到下一个任务。但是在切换前会保存一个任务的状态，以便下次切换回这个任务时，可以再加载这个任务的状态。所以任务从保存到再加载的过程就是一次上下文切换。

2.如何减少上下文切换？  
我们知道，频繁地切换上下文会影响多线程的执行速度，甚至于在一定执行次数内，并发执行效果还不如串行执行。当并发执行累加操作不超过百万次时，速度会比串行执行累加操作要慢。  
减少上下文切换的方法有以下几种：

*  无锁并发编程。多线程竞争锁时，会引起上下文切换，所以多线程处理数据时，可以用一些办法来避免使用锁，如将数据的ID按照Hash算法取模分段，不同的线程处理不同段的数据
 *  CAS算法。Java的Atomic包使用CAS算法来更新数据，而不需要加锁
 *  使用最少线程。避免创建不需要的线程，任务很少的时候创建很多线程，必然会造成很多线程资源的浪费
 *  协程。在单线程里实现多任务的调度，并在单线程里维持多个任务间的切换。

# 死锁 #

public class DeadLockDemo { 
        private static String A = "A";
        private static String B = "B";
    
        public static void main(String[] args){ 
            new DeadLockDemo().deadLock();
        }
    
        private void deadLock() { 
            Thread t1 = new Thread(new Runnable() { 
                @Override
                public void run() { 
                    synchronized (A){ 
                        try{ 
                            Thread.currentThread().sleep(200);
    
                        } catch (InterruptedException e) { 
                            e.printStackTrace();
                        }
                        synchronized (B){ 
                            System.out.println("1");
                        }
                    }
                }
            });
    
            Thread t2 = new Thread(new Runnable() { 
                @Override
                public void run() { 
                    synchronized (B){ 
                        synchronized (A){ 
                            System.out.println("2");
                        }
                    }
                }
            });
            t1.start();
            t2.start();
        }
    }

可以看到当t1进入synchronized(A)且t2进入synchronized(B)时，t1锁定资源A，t2锁定资源B  
接着t1要进入synchronized(B)且t2要进入synchronized(A)时，t1会等待t2释放B，t2会等待t1释放A，这时就发生了死锁。双方锁定着对方要请求的资源，互不想让，就造成了死锁。  
避免死锁的几个方法：

*  避免一个线程同时获取多个锁
 *  避免一个线程在锁内同时占用多个资源，尽量保证每个锁只占用一个资源
 *  尝试使用定时锁，使用lock.tryLock(timeout)来替代使用内部锁机制
 *  对于数据库锁，加锁和解锁必须在一个数据库连接中，否则会出现解锁失败的情况

# 资源限制 #

1.资源限制是什么？  
资源限制就是指在进行并发编程时，程序的执行速度受限于计算机硬件资源或软件资源。  
硬件资源限制有带宽的上传/下载速度、硬盘读写速度和cpu的处理速度。  
软件资源限制有数据库的连接数和socket连接数等。  
2.如何解决资源限制问题？  
对于硬件资源限制，可以通过集群的方式来解决。可以根据算法，将不同类的数据交于不同的机器执行。  
对于软件资源限制，可以通过资源池的资源复用。比如使用连接池将数据库和Socket连接复用。