java并发编程（一）入门篇----为什么要使用并发编程

- 日理万妓 2022-02-17 16:28 214阅读 0赞

### 一. 为什么要使用并发编程？ ###

并发编程的主要目的是为了使程序运行的更快；

但是下一个问题出来了，并发编程一定会使我们的程序运行的更快吗？为什么并发编程会使我们的程序变得更快呢？

### 二. 理解并发编程 ###

##### 2.1并发编程一定会使我们的程序运行的更快吗？ #####

答案是并不是，并发编程只有在一定的请求量或者计算量的时候才会显示出优势；

##### 2.2 为什么有的时候多线程反而会变慢呢？ #####

我们知道os（操作系统）执行并发操作是采用的时间片轮转算法，简单的说就是线程1先执行10ms 然后线程B在执行10ms 然后线程A又执行了10ms 线程A执行完毕 线程B又开始执行到结束

我们可以发现这种执行的机制，会导致cpu一会执行A线程 一会执行B线程，这就导出了一个第一个导致多线程慢的因素：**线程的上下文切花需要时间**  
*补充：Java创建多线程需要OS的干预，OS需要从用户态切换到核心态 这个过程很耗费时间*

那么简单的理解就是：如果多线程执行的速度快于单线程执行的速度，那么我们可以理解为多线程一定会在执行前做一些准备，而单线程不需要，所以当任务数或者工作量并不大的时候单线程就会很有优势；但是当任务数上来后多线程的优势就体现出来了；  
**这里我们有个可以继续深入研究的点：即具体什么时候，什么情况下单线程执行优于多线程**

##### 2.3 那么如何提高并发编程的性能呢？ #####

我们知道并发性能的瓶颈就是频繁的上下文切换，那么我们就可以通过减少上下文的切换来提高性能。

减少上下文切换的方法又一下几种

**1. 采用无锁并发编程**：多线程竞争锁的时候就会引起上下文的切换，所以处理数据的时候应该避免加锁，可以把数据分段，每个线程来处理一段的数据，  
**2. CAS算法：** Java的Atomic包使用CAS算法来更新数据，不需要加锁

\*\*3. 尽量合理的配置线程即使用最少的线程：\*\*例如我们处理一个任务10个线程100ms搞定，那么你开100000个线程来处理，光上下文切换的时间都要超过100ms

\*\*4. 使用协程：\*\*在单线程里实现任务的调度，并在单线程里维持多个任务的切换

##### 2.2 为什么并发编程会使我们的程序变得更快呢？ #####

首先对于单线程来说，程序是一行一行的执行的，所以假设在120行-180行之间的程序含有数据库操作需要等待很长时间，那么180行以后的代码都必须等到180行的代码执行完才能继续执行，而并发编程其实就是异步化，也就是主线程在执行到120行的时候，120-180行的代码交给另一个线程去执行，主线程可以继续向下执行，所以两件事是并行的，所以程序的响应时间就会变快

### 三.死锁 ###

死锁是导致系统功能不可用的重要原因之一；  
什么是死锁呢？  
线程1在等待线程2释放锁，线程2也在等线程1释放另一个锁，最终导致线程1和2都在等待中，从而不能继续执行程序；

构成死锁的必要条件有一下几个

1.  互斥
2.  不可剥夺
3.  保持申请
4.  循环等待  
    **互斥**：也就是加互斥锁，线程1获取到了对资源1的锁，那么线程2就不能获取对资源1的锁了  
    **不可剥夺** 线程1对资源1加的锁，线程2不可以撤销线程1对资源1加的锁  
    **保持申请** 线程1一直持有对资源1的锁  
    **循环等待** 线程1等线程2 线程2等线程1

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>代码行</th> 
   <th>线程1的操作</th> 
   <th>线程2 的操作</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>100行</td> 
   <td>对资源1加锁</td> 
   <td>其他操作</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>110行</td> 
   <td>执行其他操作</td> 
   <td>对资源2加锁</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>120行</td> 
   <td>获取资源2 因为有锁所以等待</td> 
   <td>获取资源1 因为有锁所以等待</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>121行</td> 
   <td>因为线程在等待 所以此行不会执行</td> 
   <td>因为线程在等待 所以此行不会执行</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

我们可以看到线程1和2都在120行处等待，所以下面的代码不会执行， 这就是死锁

#### 3.1 如何避免死锁呢？ ####

1.  避免一个线程同时获取多个锁
2.  避免一个线程同时占用多个资源
3.  尝试使用定时锁来代替内部的锁机制
4.  对于数据库锁，加锁和解锁必须在同一个连接内，否则解锁会失败

### 四.多线程需要考虑的问题 ###

即使我们使用了多线程，但是系统还是会受到硬盘的读写速度，网络带宽，cpu处理速度等的影响  
所以在设置线程数的时候也要综合考虑