java并发编程--第一章并发编程的挑战

一、java并发编程的挑战

并发编程需要注意的问题:

并发编程的目的是让程序运行的更快，然而并不是启动更多的线程就能让程序最大限度的并发执行。若希望通过多线程并发让程序执行的更快，会受到如下问题的挑战：

线程的上下文切换问题、死锁问题、受限于硬件和软件的资源问题。

1、线程上下文切换

线程上下文切换简述：CPU通过时间片分配算法来循环执行任务，每个线程任务在正常情况下是被CPU轮询执行，当前任务执行完一个时间片后会切换到下一个线程任务。在切换前会保存上一个任务的执行状态，以便下次再切回这个任务时，知道任务执行到哪一步。任务从保存到再次加载的过程就是一次上下文切换。

及时在单核处理器也支持多线程执行，CPU给每个线程分配时间片来实现并发机制。时间片是CPU分配个线程的执行时间，CPU的时间片非常短（几十毫秒），所以CPU需要不停的切换线程，给我们的感觉就是多个线程在同时执行。

每次上下文切换都是需要消耗资源的，从而影响多线程执行的效率。类似于一个人同时在干多件事，每件事都干一点就又去做别的事，并且切换的时候都要记录一下，当前手头工作的节点。那么他同时进行的事越多，上下文切换的成本就越高，同时总体的效率就越低。

减少上下文切换的核心思想：尽可能减少线程数量、尽可能减少锁的使用；

无锁并发编程：线程竞争锁时会引发上下文切换，尽可能避免共享资源被多线程竞争的场景。可采用任务hash分段取模，不同线程处理各自的任务数据。

CAS算法：java的Atomic包中，底层代码使用的比较并替换（CAS）算法解决共享资源的竞争，避免使用锁。

最少线程数：避免创建过多的线程，导致大量线程处于闲置状态。造成任务少、线程多的场景，这样大量线程处于等待状态。

协程：尽可能将多个任务段放到一个线程里实现，在单线程里维持多个任务间的切换。

前俩种方式是避免使用锁，后俩种方式是尽可能减少线程数。

2、死锁

死锁的简述：就是俩个线程相互持有对方需要的资源，并且又同时等待对方释放资源，导致俩个线程相互僵持，谁也不肯让谁。

通常我们不会写出这样傻逼的代码，但是在实际业务中可能会出现，锁在释放时抛异常了导致锁没有正常释放，或者因为异常情况锁没有被成功释放锁等。

避免死锁的方法：

避免一个线程同时获取多个锁；

避免一个线程在锁内同时持有多个资源，通常一个锁之锁住一个资源。

尝试使用定时锁，超过有效时间后自动释放锁。

3、资源限制的挑战

简述：在并发编程中，受到硬件或软件资源的限制，从而导致程序的执行速度受到影响。

这个硬件和软件资源的限制是硬伤，既然没有高射炮，就不要打飞机，并发编程的前提是硬件和软件必须具备一定的标准。解决办法就就是提升硬件并且升级软件。