1.1 上下文切换
时间片指的是CPU分配给各个线程的时间,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时执行的。
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。所以任务从保存到再加载的过程就是一次上下文切换。
1.1.1 多线程一定快吗?
并发执行的速度可能比串行慢?这是因为线程有创建和上下文切换的开销。1.1.2 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、使用最小线程和使用协程。(1)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。
(2)CAS算法。Java的Atomic包使用CAS算法更新数据,而不需要加锁。
(3)使用最小线程。避免创建不需要的线程,比如任务很少,但是创建了很多的线程来处理,这样会造成大量的线程都处于等待状态。
(3)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
所谓死锁是指多个线程因竞争资源而造成的一种僵局(互相等待)生活中的一个实例,2个人一起吃饭但是只有一双筷子,2人轮流吃(同时拥有2只筷子才能吃)。某一个时候,一个拿了左筷子,一人拿了右筷子,2个人都同时占用一个资源,等待另一个资源,这个时候甲在等待乙吃完并释放它占有的筷子,同理,乙也在等待甲吃完并释放它占有的筷子,这样就陷入了一个死循环,谁也无法继续吃饭。
1.2.1 死锁产生的条件
(1)系统资源的竞争
通常系统中拥有的不可剥夺资源,其数量不足以满足多个进程运行的需要,使得进程在运行过程中,会因争夺资源而陷入僵局,如磁带机、打印机等。只有对不可剥夺资源的竞争才可能产生死锁,对可剥夺资源的竞争是不会引起死锁的。
(2)进程推进顺序非法
进程在运行过程中,请求和释放资源的顺序不当,也同样会导致死锁。例如,并发进程 P1、P2分别保持了资源R1、R2,而进程P1申请资源R2,进程P2申请资源R1时,两者都会因为所需资源被占用而阻塞。
信号量使用不当也会造成死锁。进程间彼此相互等待对方发来的消息,结果也会使得这 些进程间无法继续向前推进。例如,进程A等待进程B发的消息,进程B又在等待进程A 发的消息,可以看出进程A和B不是因为竞争同一资源,而是在等待对方的资源导致死锁。
死锁的示例:
/**
* 当DeadLock类的对象flag==1时(td1),先锁定o1,睡眠500毫秒
* 而td1在睡眠的时候另一个flag==0的对象(td2)线程启动,先锁定o2,睡眠500毫秒
* td1睡眠结束后需要锁定o2才能继续执行,而此时o2已被td2锁定;
* td2睡眠结束后需要锁定o1才能继续执行,而此时o1已被td1锁定;
* td1、td2相互等待,都需要得到对方锁定的资源才能继续执行,从而死锁。
*/
public class DeadLock implements Runnable {
public int flag = 1;
//静态对象是类的所有对象共享的
private static Object o1 = new Object(), o2 = new Object();
@Override
public void run() {
System.out.println("flag=" + flag);
if (flag == 1) {
synchronized (o1) {
try {
Thread.sleep(500);
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
synchronized (o2) {
System.out.println("1");
}
}
}
if (flag == 0) {
synchronized (o2) {
try {
Thread.sleep(500);
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
synchronized (o1) {
System.out.println("0");
}
}
}
}
public static void main(String[] args) {
DeadLock td1 = new DeadLock();
DeadLock td2 = new DeadLock();
td1.flag = 1;
td2.flag = 0;
//td1,td2都处于可执行状态,但JVM线程调度先执行哪个线程是不确定的。
//td2的run()可能在td1的run()之前运行
new Thread(td1).start();
new Thread(td2).start();
}
}
1.2.2 避免死锁的几个常见的方法
避免一个线程同时获取多个锁。
避免一个线程在锁内占用多个资源,尽量保证每个锁指占用一个资源。
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