1. 并发编程的挑战
并发编程的二亩地是为了让程序运行的更快，但是，并不是启动更多的线程就能让程序最大限度的并发执行。
1.1 上下文切换
即使是单核cpu处理器也指出多线程执行代码，cpu通过给每个线程分配cpu时间片来实现这个机制。时间片是cpu分配个各个线程的时间，因为时间片非常短，所以cpu通过不停的切换线程执行，让我们感觉多个线程是同事执行的，时间片一般是几十毫秒。
public class ConcurrencyTest {
private static final long count = 10001;
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
concurrency();
serial();
}
private static void concurrency() throws InterruptedException {
long start = System.currentTimeMillis();
Thread thread = new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
int a = 0;
for (int i = 0; i < count; i++) {
a += 5;
}
}
});
thread.start();
int b = 0 ;
for (int i = 0; i < count; i++) {
b--;
}
long time = System.currentTimeMillis() - start; // 1s
thread.join();
System.out.println("concurrency : "+time +"ms , b="+b);
}
private static void serial(){
long start = System.currentTimeMillis();
int a = 0;
for (int i = 0; i < count; i++) {
a +=5;
}
int b = 0 ;
for (int i = 0; i < count; i++) {
b--;
}
long time = System.currentTimeMillis() - start; // <1s
System.out.println("serial : "+time +"ms , b="+b);
}
}
1.2 如何减少上下文切换
减少上下文切换的方法有：无锁并发编程，CAS算法，使用最少线程和使用协程。
- 无锁编程：
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，而不需要枷锁。
- 使用最少线程：
使用最少线程，避免创建不需要的线程，比如任务很少，但是创建了很多线程来处理，这样会造成大量线程都处于等待状态。
- 协程：
在单线程里实现多任务的调度，并在多线程里维持多个任务间的切换
1.3 死锁
锁是个非常有用的工具，运用场景非常多，因为他使用起来非常简单，而且易于理解，但同时他也会带来一些困扰，那就是可能会引起死锁，一旦产生死锁，就会造成系统功能不可用，下面演示一下死锁。
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){
// 拿到A资源的时候让线程进入休眠，这样是为了让 t2线程能够拿到B资源
try {
Thread.sleep(2000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
// 由于t2 线程已经拿到B资源，所以t1 线程在这里会陷入等待状态
synchronized (B){
System.out.println("1");
}
}
}
});
Thread t2 = new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
synchronized (B){
// t1 线程没有释放对象A 所以这里会陷入等待
synchronized (A){
System.out.println("2");
}
}
}
});
t1.start();
t2.start();
}
}
避免死锁的常见方法：
- 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里，否则会出现解锁失败的情况。
1.4 资源限制的挑战
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什么事资源限制
资源限制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。
例如：服务器的带宽只有2Mb/s，某个资源的下载数据是1Mb/s，系统启动10个线程下载资源，下载速度不会变成10Mb/s。
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资源限制引发的问题
在并发编程中，将代码执行速度加快的原则是将代码中串行执行的部分变成并发执行，但是如果将某段代码并发执行，因为受限于资源，代码仍然会处于串行执行，这时候程序不仅不会加快速度，反而会更慢，因为增加了上下文切换和资源掉的的时间。
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如何解决资源限制的问题
对于硬件资源限制，可以考虑使用集群并发执行程序。既然单机的资源有限制，那么就让程序在多机上运行。
对于软件资源限制，可以考虑使用资源池将资源复用。
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在资源限制情况下进行并发编程
如何在资源限制的情况下，让程序执行的跟快呢？方法就是根据不同的资源限制，调整程序的并发度。
比如：下载文件程序依赖于两个资源-带宽和硬盘读写速度。
