【Java并发编程的艺术】并发编程的挑战

上下文切换

1】什么是上下文切换?

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。

2】怎么测试上下文切换次数和时长?

① 利用LMbench可以测试:带宽和延时,下载链接:http://www.bitmover.com/lmbench/lmbench3.tar.gz 

② 使用vmstat可以测量上下文切换的次数。

3】上下文切换对程序有什么影响?如何减少上下文切换?

上下文切换速度会影响任务整体的执行速度

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算法来更新数据,而不需要加锁
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来处理,这样会造成大量的线程都处于等待状态

④ 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

4】为什么有时候并发执行的速度会比串行的慢呢?

并发执行后线程创建和上下文切换时间消耗的时间多于对串行线程的优化时间,这个时候反而会很慢。

5】实战过程中怎么来减少上下文切换?

可以利用jstack pid来查看当前进程的线程状态,减少处于waiting状态的线程。如果存在大量的waiting线程,可以考虑是否任务量过少,导致大量的线程处于等待状态,这时可以考虑减少线程的数量。

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死锁

1】为什么会产生死锁?

线程/进程间相互等待资源,不释放自身的资源,引发无穷尽的等待,会产生死锁

2】产生死锁的条件?

① 互斥条件:一个资源每次只能被一个线程/进程使用
② 请求与保持条件:一个线程/进程因请求资源而堵塞时,其他对该线程/进程请求的资源保持不放
③ 不剥夺条件:线程/进程对于已获得的资源,在未使用完之前不能被剥夺

④ 循环等待条件:线程/进程之间相互循环等待对方释放锁

3】怎么预防死锁?

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

1】什么时资源限制?

硬件资源限制: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:数据库的连接和socket连接数等

2】资源限制引发的问题?

增加的线程因为资源的限制,还是串行进行,这时候相比没增加之前,线程上下文切换和线程的创建会增加一定的时间,总体相比之下,效率并没有提升,反而下降了。

3】如何解决资源限制?

① 对于硬件资源限制,可以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。比如使用ODPS、Hadoop或者自己搭建服务器集群,不同的机器处理不同 的数据。可以通过“数据ID%机器数”,计算得到一个机器编号,然后由对应编号的机器处理这
笔数据。
② 对于软件资源限制,可以考虑使用资源池将资源复用。比如使用连接池将数据库和Socket 连接复用,或者在调用对方webservice接口获取数据时,只建立一个连接。

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转载自blog.csdn.net/zlt995768025/article/details/80642688