JAVA并发编程的挑战

1、上下文切换

单核CPU是如何实现多个线程同时实现的？
- CPU通过时间片分配算法来循环执行任务，如系统中有三个线程，那么对于CPU来说就是不断的在这三个线程中循环切换执行。
- 因为CPU的运行速度相当快，所以我们人类感觉不到这个切换的过程，所以会任务这几个线程是同时执行的。
- 线程切换的时候，CPU会保存当前线程的任务状态，以便于下次切换回这个线程时可以加载这个状态并继续往下执行。
- 任务从保存到再加载的过程就是一次上下文切换。
- 我们可以看出，每次切换都会造成一些不必要的开销，所以当线程的数量越多的时候，这个开销将会越大。
如何减少上下文的切换？
- 无锁并发编程：多个线程在竞争锁的时候会引发上下文的切换，所以在编码的过程中，我们最好能够做到尽量少的使用锁机制。如ConcurrentHashMap，该类通过使用数据分段的形式来减少锁的竞争，当不同线程读写不同的数据段时，此时的操作就可以不用加锁。
- CAS算法：可以通过乐观锁的方式来保障线程的安全性，如JAVA中Atomic包中的类。
- 使用最少的线程：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。

2、死锁

常见情景：
- 1）同步的嵌套。
- 2）线程1和线程2都出于wait状态，线程1等待线程2来notify，线程2等待线程1来notify

死锁代码

private Object obj1 = new Object();
private Object obj2 = new Object();

public void a() {
	synchronized (obj1) {
		synchronized (obj2) {
			System.out.println("a");
		}
	}
}

public void b() {
	synchronized (obj2) {
		synchronized (obj1) {
			System.out.println("b");
		}
	}
}

避免死锁的常见方法：
- 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。

3、资源限制

什么是资源的限制？
- 如服务器的带宽是2Mb/s，某个数据的下载速度是1Mb/s，就算启用100个线程，下载速度也不会变为100Mb/s。
- 所以在并发编程时需要考虑这些限制，如带宽、磁盘IO及CPU处理速度等。软件资源限制有数据库的连接数、socket连接数等。
在资源限制情况下如何进行并发编程？
- 根据不同的资源限制调用程序的并发度。
- 如上面所说到的数据下载，由于带宽的限制是2Mb/s，那么此时我们将并发下载的线程数设置为2是最合理的，因为若线程数量过多，此时由于上下文切换及资源调度的缘故，反而会导致下载更慢。
如何解决资源限制问题？
- 对于硬件资源限制，可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。

本文参考自方腾飞《JAVA并发编程的艺术》

JAVA并发编程的挑战

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