《Java并发编程的艺术》第一章--上下文切换、避免死锁、资源限制的挑战

主要是学习的简单记录，用来加深印象。第一章主要仍是理论多，做者简单的描述。

1.1.1上下文切换

也就是CPU切换调度线程。不论是单核仍是多核，CPU会给每一个线程分配CPU时间片，时间片是CPU分配给线程的时间，由于时间片很是短，因此CPU经过不停地切换线程执行，让咱们感受多个线程是同时执行，时间片通常是几十毫秒（ms）。当一个线程执行完一个时间片后CPU会切换到其余线程，此时前一个线程会暂停，保存对应的任务状态，等再次切回来的时候会加载这个任务的状态继续执行，而不是从新执行。从保存到再加载的过程就是一次上下文的切换。

1.1.2如何减小上下文切换

并非线程越多程序执行就越快，线程多的话致使上下文切换也频繁，那么须要考虑减小上下文切换。减小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。

• 无锁并发编程。多线程竞争锁时，会引发上下文切换，因此多线程处理数据时，能够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，不一样的线程处理不一样段的数据。
• CAS算法。Java的Atomic包使用CAS算法来更新数据，而不须要加锁。
• 使用最少线程。避免建立不须要的线程，好比任务不多，可是建立了不少线程来处理，这样会形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，并在单线程里维持多个任务间的切换。

1.2 如何避免死锁

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，尽可能保证每一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链接里，不然会出现解锁失败的状况。

1.3资源的限制

（1）什么是资源限制

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，某个资源的下载速度是1Mb/s每秒，系统启动10个线程下载资

源，下载速度不会变成10Mb/s，因此在进行并发编程时，要考虑这些资源的限制。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链接

数和socket链接数等。

（2）资源限制引起的问题

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，

可是若是将某段串行的代码并发执行，由于受限于资源，仍然在串行执行，这时候程序不只不

会加快执行，反而会更慢，由于增长了上下文切换和资源调度的时间。例如，以前看到一段程

序使用多线程在办公网并发地下载和处理数据时，致使CPU利用率达到100%，几个小时都不

能运行完成任务，后来修改为单线程，一个小时就执行完成了。

（3）如何解决资源限制的问题

对于硬件资源限制，能够考虑使用集群并行执行程序。既然单机的资源有限制，那么就让

程序在多机上运行。好比使用ODPS、Hadoop或者本身搭建服务器集群，不一样的机器处理不一样

的数据。能够经过“数据ID%机器数”，计算获得一个机器编号，而后由对应编号的机器处理这

笔数据。

对于软件资源限制，能够考虑使用资源池将资源复用。好比使用链接池将数据库和Socket

链接复用，或者在调用对方webservice接口获取数据时，只创建一个链接。

（4）在资源限制状况下进行并发编程

如何在资源限制的状况下，让程序执行得更快呢？方法就是，根据不一样的资源限制调整

程序的并发度，好比下载文件程序依赖于两个资源——带宽和硬盘读写速度。有数据库操做

时，涉及数据库链接数，若是SQL语句执行很是快，而线程的数量比数据库链接数大不少，则

某些线程会被阻塞，等待数据库链接。

1.4 总结

本章介绍了在进行并发编程时，你们可能会遇到的几个挑战，并给出了一些解决建议。有

的并发程序写得不严谨，在并发下若是出现问题，定位起来会比较耗时和棘手。因此，对于

Java开发工程师而言，笔者强烈建议多使用JDK并发包提供的并发容器和工具类来解决并发

问题，由于这些类都已经经过了充分的测试和优化，都可解决了本章提到的几个挑战。