《Java并发编程的艺术》——第1章 并发编程的挑战

1.1 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时间片来实现这个机制。时间片是CPU分配给各个线程的时间，一般是几十毫秒。

• CPU通过时间片分配算法来循环执行任务，当前任务执行一个时间片后会切换到下一个任务。但是，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。

• 上下文切换会影响多线程的执行速度。

1.1.1 多线程一定快吗

• 操作次数少时，并发执行速度会比串行执行累加操作要慢。因为线程有创建和上下文切换的开销。

1.1.3 如何减少上下文切换

• 无锁并发编程、CAS算法、使用最少线程和使用协程。

• 无锁并发编程：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，可以用一些方法来避免使用锁，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，而不需要加锁。

• 使用最少线程：避免创建不需要的线程。

• 协程：在单线程里实现多任务的调度，并在单线程里维持多个任务间的切换。

1.2 死锁

• 避免死锁的几个常见方法：

  • 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

1.3 资源限制的挑战

• 资源限制：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。

  • 硬件资源限制有带宽的上传/下载速度、硬盘读写速度和CPU的处理速度

  • 软件资源限制有数据库的连接数和socket连接数等

• 资源限制引发的问题

  • 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

  • 对于硬件资源限制，可以考虑使用集群并行执行程序

  • 对于软件资源限制，可以考虑使用资源池将资源复用（连接池）。

• 在资源限制情况下进行并发编程

  • 根据不同的资源限制调整程序的并发度。