Chapter 1-- 并发编程的挑战

并发编程的挑战

引入

并发编程的目的是为了让程序运行得更快，但是进行并发编程会面临以下几种挑战：

• 上下文切换
• 死锁
• 软硬件资源限制

1. 上下文切换

- 什么是上下文切换？

时间片轮转 -- 任务状态 -- 保存再加载 -- 上下文切换

cpu通过时间片分配算法来循环执行任务，任务A执行一个时间片后会切换到任务B；在切换前会保存任务A的状态，为的是：在下回切回任务A时能够再次加载任务A的状态。

【总结】任务从保存到再加载的过程就是一次上下文切换，上下文切换会影响多线程的执行速度

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- 串行、并行、并发？

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- 并发执行一定快于串行执行吗？

答：不一定

并发执行慢于串行的原因是：线程有创建和上下文切换的开销

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- 如何减少上下文切换？

• 无锁并发编程：多线程处理数据时，避免使用锁

• CAS算法：使用CAS算法更新数据，不需要加锁

• 使用最少线程：避免创建不必要线程

• 协程：单线程内维持多个任务的切换

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2. 死锁

- 什么是死锁？

死锁：因进程之间相互竞争资源导致相互等待而无法推进的情况

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- 实现一个死锁？

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(2000);
                    }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();
    }
}

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- 怎么避免死锁？

• 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

• 尝试使用定时锁替代使用内部锁机制

• 数据库锁的加锁和解锁必须在一个数据库连接里

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3. 资源限制的挑战

- 什么是资源限制？

并发编程时，程序执行速度受限于资源

（资源包括软件资源和计算机硬件资源）

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- 资源限制带来的问题？

并发编程中加快代码执行速度的原则是：串行-->并发；但若受限于资源，想要并发执行的代码仍然以串行方式执行，这时，代码执行速度不快反慢（增加了上下文切换和资源调度时间）

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- 如何解决资源限制的问题？

• 硬件资源限制：使用集群并行执行程序

• 软件资源限制：使用资源池复用资源

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- 如何在资源限制情况下并发编程

根据不同资源限制调整程序的并发度

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参考书目

《Java并发编程的艺术》