java并发简述

1.为何要用到并发？

一个程序内部能拥有多个线程并行执行。一个线程的执行能够被认为是一个CPU在执行该程序。当一个程序运行在多线程下，就好像有多个CPU在同时执行该程序。这原本是件好事，多线程执行，大大提升了咱们的程序运行效率。
但使人头疼的多线程安全问题，也随之而来。若是一个线程在读一个内存时，另外一个线程正向该内存进行写操做，那进行读操做的那个线程将得到什么结果呢？是写操做以前旧的值？仍是写操做成功以后的新值？或是一半新一半旧的值？

或者，若是是两个线程同时写同一个内存，在操做完成后将会是什么结果呢？** 是第一个线程写入的值？仍是第二个线程写入的值？仍是两个线程写入的一个混合值？
所以如没有合适的预防措施，任何结果都是可能的。并且这种行为的发生甚至不能预测，因此结果也是不肯定性的。

因此综合而言，学习并发编程有最重要的2点。
 一、理解并发编程原理，便于咱们更好的提升CPU的使用率，加快任务执行速度，下降系统响应时间；
 二、运用好并发编程能帮咱们很好地解决多线程安全问题；
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并发编程在必定程度上离不开多核CPU的发展。随着单核CPU的研发已经不能遵循“摩尔定律”（摩尔定律是硬件发展的观测定律，另外还有基于“摩尔定律”的“反摩尔定律”，不过“反摩尔定律”是软件领域的定律，有兴趣的能够自行了解），硬件工程师们为了进一步提高计算速度，而不是再追求单独的计算单元，而是将多个计算单元整合到了一块儿，也就是造成了多核CPU。短短十几年的时间，家用型CPU,好比Intel i7就能够达到4核心甚至8核心。而专业服务器则一般能够达到几个独立的CPU，每个CPU甚至拥有多达8个以上的内核。

所以，“摩尔定律”彷佛在CPU核心扩展上继续获得体验。而在多核的CPU的背景下，催生了并发编程的趋势，通并发编程的形式能够将多核CPU的计算能力发挥到极致，性能获得提高。

在特殊的业务场景下先天的就适合于并发编程。好比在图像处理领域，一张1024X768像素的图片，包含达到78万6千多个像素。即时将全部的像素遍历一边都须要很长的时间，面对如此复杂的计算量就须要充分利用多核的计算的能力。

另外在开发购物平台时，为了提高响应速度，须要拆分，减库存，生成订单等等这些操做，就能够进行拆分利用多线程的技术完成。面对复杂业务模型，并行程序会比串行程序更适应业务需求，而并发编程吻合更能这种业务拆分正是由于这些优势，使得多线程技术可以获得重视，也是一名CS学习者应该掌握的：

• 充分利用多核CPU的计算能力;

• 方便进行业务拆分，提高应用性能

2.并发编程有哪些缺点？

2.1 频繁的上下文切换 时间片是CPU分配给各个线程的时间，由于时间很是短，因此CPU不断经过切换线程，让咱们以为多个线程是同时执行的，时间片通常是几十毫秒。

每次切换时，须要把当前的状态保存起来，以便可以进行恢复先前状态，而这个切换行为很是损耗性能，过于频繁切换反而没法发挥出多线程编程的优点。一般减小上下文切换能够采用无锁并发编程、 CAS算法、使用最少的线程和使用协程。

无锁并发编程：能够参照的ConcurrentHashMap锁分段的思想，不一样的线程处理不一样段的数据，这样在多线程竞争的条件下，能够减小上下文切换的时间。

CAS算法，利用原子下使用CAS算法来更新数据，使用了乐观锁，能够有效的减小一部分没必要要的锁竞争带来的上下文切换

使用最少线程：避免建立不须要的线程，好比任务不多，可是建立了不少的线程，这样会形成大量的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

因为上下文切换是个相对比较耗时的操做，因此在 “Java的并发编程的艺术” 一书中有过一个实验，并发累加未必会比串行累加速度快。

2.2 线程的安全性问题

多线程编程中最难以把握的就是临界区线程安全问题，稍微不注意就会出现死锁的状况，一旦产生死锁就会形成系统功能不可用。

public class DeadLockDemo {

    private static String demo_a = "A";
    private static String demo_b = "B";

    public static void main(String[] args) {
        deadLock();
    }

    public static void deadLock() {

        Thread thread_a = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                synchronized (demo_a){
                    System.out.println("get demo a");

                    try {
                        Thread.sleep(3000);
                        synchronized (demo_b){
                            System.out.println("get demo b");
                        }
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }


            }
        });


        Thread thread_b = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                synchronized (demo_b){
                    System.out.println("get demo b");
                    synchronized (demo_a){
                        System.out.println("get demo a ");
                    }
                }
            }
        });


        thread_a.start();
        thread_b.start();
    }
}

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在上面的这个demo中，开启了两个线程thread_a，thread_b，其中thread_a占用了demo_a，并等待被thread_b释放的资源demo_b，thread_b占用了资源demo_b正在等待被thread_a释放的资源demo_a。

所以thread_a，thread_b出现线程安全的问题，造成死锁。

一般能够用以下方式避免死锁的状况：

避免一个线程同时得到多个锁;

避免一个线程在锁内部占有多个资源，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），当超时等待时当前线程不会阻塞;

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

因此，如何正确的使用多线程编程技术有很大的学问，好比如何保证线程安全，如何正确理解因为JMM内存模型在原子性，有序性，可见性带来的问题，好比数据脏读，DCL等这些问题（在后续篇幅会讲述）。而在学习多线程编程技术的过程当中也会让你收获颇丰。 3. 须要了解的一些概念 3.1 同步VS异步

同步和异步一般用来形容一次方法调用。同步方法调用开始后，调用者必须等待被调用的方法结束后，调用者后面的代码才能执行。而异步调用，指的是，调用者不用管被调用方法是否完成，都会继续执行后面的代码，当被调用的方法完成后会通知调用者。

3.2 并发与并行

并发和并行是十分容易混淆的概念。并发指的是多个任务交替进行，而并行则是指真正意义上的“同时进行”。实际上，若是系统内只有一个CPU，使用多线程时，在真实系统环境下不能并行，只能经过切换时间片的方式交替进行，从而并发执行任务。真正的并行只能出如今拥有多个CPU的系统中。

3.3 阻塞和非阻塞

阻塞和非阻塞一般用来形容多线程间的相互影响，好比一个线程占有了临界区资源，那么其余线程须要这个资源就必须进行等待该资源的释放，会致使等待的线程挂起，这种状况就是阻塞，而非阻塞就刚好相反，它强调没有一个线程能够阻塞其余线程，全部的线程都会尝试地往前运行。

3.4 临界区

临界区用来表示公共资源或者说是共享数据，能够被多个线程使用。可是每一个线程使用时，一旦临界区资源被一个线程占有，那么其余线程必须等待。

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