Java并发编程的艺术:并发编程的挑战

简介: Java并发编程的艺术:并发编程的挑战

上下文切换

单核处理器也支持多线程执行代码,CPU 通过给每个线程分配 CPU 时间片(一般为几十毫秒)实现这个机制。

当前任务执行一个时间片后会切换到下一个任务。在切换前会保存上一个任务的状态,以便下次切换回这个任务时,可以再加载这个任务的状态。任务从保存到再加载的过程就是一次上下文切换,CS(Content Switch)表示上下文切换的次数。

多线程一定比单线程快吗

那可不一定,在数据量不多的情况下(具体的要进行对比),并发执行比串行更慢,因为线程有创建和上下文切换的开销。

减少上下文的切换的方式

  1. 无锁并发编程:多线程竞争锁时,会引起上下文切换,可以用一些办法避免使用锁,例如将数据的 ID 进行取模分段,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,不需要加锁。
  3. 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,会造成大量线程处于等待状态。
  4. 协程:在单线程中实现多任务的调度,并在单个线程中维持多个任务间的切换。

死锁问题

死锁问题的根因是双方都等待对方释放锁(资源),但是双方都咬着自己的锁(资源)不放。

避免死锁的方法

  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,尽量保证每个锁只占用一个资源。
  3. 尝试使用定时锁,使用 lock.tryLock(timeout) 来替代使用内部锁机制。
  4. 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。

资源限制的挑战

资源限制是指在进行并发编程的时候,程序的执行速度受限于计算机硬件资源或软件资源。

硬件资源比如带宽的上传下载速度、硬盘读写速度、CPU、内存等;软件资源比如数据库的连接数、Socket 连接数等。

如果将某段串行的代码并发执行,因为受限于资源,仍然在串行执行,这时候程序不仅不会加快执行,反而会更慢,因为增加了上下文切换和资源调度的时间。

如何解决资源限制的问题

  1. 对于硬件资源,可以考虑使用集群并发执行程序。
  2. 对于软件资源,可是考虑使用资源池技术对资源进行复用。
  3. 在资源实在受限的情况下,根据不同的资源调整程序的并发程度。


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