Java并发编程的艺术——并发编程的挑战

并发编程的目的是为了让程序运行的更快。在进行并发编程时&＃xff0c;如果希望通过多线程执行任务让程序运行的更快&＃xff0c;会面临非常多的挑战&＃xff0c;比如上下文切换的问题、死锁的问题&＃xff0c;以及受限于硬件和软件的资源限制问题。

上下文切换

单核处理器也支持多线程执行代码&＃xff0c;CPU通过给每个线程分配CPU时间片来实现这个机制。
CPU通过时间片分配算法来循环执行任务&＃xff0c;当前任务执行一个时间片后会切换到下一个任务&＃xff0c;在切换前会保存上一个任务的而状态&＃xff0c;以便下次切换回这个任务时&＃xff0c;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。

并发执行的速度一定会比串行执行的速度快吗&＃xff1f;
不一定。因为线程有创建和上下文切换的开销。

如何减少上下文切换&＃xff1f;
1.无锁并发编程。多线程竞争锁时&＃xff0c;会引起上下文切换&＃xff0c;可以用一些办法来避免使用锁&＃xff0c;如将数据的ID按照Hash算法取模分段&＃xff0c;不同的线程处理不同段的数据。
2.CAS算法。Java的Atomic包使用CAS算法来更新数据&＃xff0c;而不需要加锁。
3.使用最少线程。避免创建不需要的线程。
4.协程&＃xff1a;在单线程里实现多任务的调度&＃xff0c;并在单线程里维持多个任务间的切换。

避免死锁的几个常见方法

1.避免一个线程同时获取多个锁。
2.避免一个线程在锁内同时占用多个资源&＃xff0c;尽量保证每个锁只占用一个资源。
3.尝试使用定时锁&＃xff0c;使用lock.tryLock(timeout)来替代使用内部锁机制。
4.对于数据库锁&＃xff0c;加锁和解锁必须在一个数据库连接里&＃xff0c;否则会出现解锁失败的情况。

资源限制

资源限制是指在进行并发编程时&＃xff0c;程序的执行速度受限于计算机硬件资源或软件资源。
对于硬件资源限制&＃xff0c;可以考虑使用集群并行执行程序。
对于软件资源限制&＃xff0c;可以考虑使用资源池将资源复用。比如使用连接池将数据库和Socket连接复用。