前言
并发编程的目的是为了让程序运行得更快，但是，并不是启动更多的线程就能让程序最大限度地并发执行。在进行并发编程时，如果希望通过多线程执行任务让程序运行得更快，会面临非常多的挑战，比如上下文切换的问题、死锁的问题，以及受限于硬件和软件的资源限制 问题，本章会介绍几种并发编程的挑战以及解决方案。
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。
多线程一定快吗
当并发执行累加操作不超过百万次时，速度会比串行执行累加操作要慢。那么，为什么并发执行的速度会比串行慢呢？这是因为线程有创建和上下文切换的开销。
测试上下文切换次数和时长
下面我们来看看有什么工具可以度量上下文切换带来的消耗。
使用Lmbench3是一个性能分析工具，可以测量上下文切换的时长。
使用vmstat可以测量上下文切换的次数。
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、使用最少线程和使用协程。
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。
CAS算法。Java的Atomic包使用CAS算法来更新数据，而不需要加锁。
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。
减少上下文切换
查看线程状态，看是否有机会来减少上下文切换次数。
第一步：用jstack命令dump线程信息，看看某一进程里的线程都在做什么。
jstack pid > /home/develop/dump
第二步：统计所有线程分别处于什么状态。
grep java.lang.Thread.State dump17 | awk ‘{print $2$3$4$5}’ | sort |uniq -c
如果处于空闲的线程过多，可以合理降低线程数量。因为每一次从 WAITTING到RUNNABLE都会进行一次上下文的切换。读者也可以使用vmstat命令测试一下。
死锁
产生条件
互斥条件：进程要求对所分配的资源进行排它性控制，即在一段时间内某资源仅为一进程所占用。
请求和保持条件：当进程因请求资源而阻塞时，对已获得的资源保持不放。
不剥夺条件：进程已获得的资源在未使用完之前，不能剥夺，只能在使用完时由自己释放。
环路等待条件：在发生死锁时，必然存在一个进程–资源的环形链。
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。
资源限制的挑战
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。
资源限制引发的问题
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，
但是如果将某段串行的代码并发执行，因为受限于资源，仍然在串行执行，这时候程序不仅不
会加快执行，反而会更慢，因为增加了上下文切换和资源调度的时间。
如何解决资源限制的问题
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。
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。
在资源限制情况下进行并发编程
如何在资源限制的情况下，让程序执行得更快呢？方法就是，根据不同的资源限制调整
程序的并发度，比如下载文件程序依赖于两个资源——带宽和硬盘读写速度。有数据库操作
时，涉及数据库连接数，如果SQL语句执行非常快，而线程的数量比数据库连接数大很多，则某些线程会被阻塞，等待数据库连接。
小结
java提供的juc工具类已经可以充分解决以上出现的几个问题。
本章知识点如下：
什么是下文切换
多线程一定快吗
如何测试上下文切换次数和时长
如何减少上下文切换
死锁如何产生
如何避免死锁
什么是资源限制
如何解决资源限制的问题
附源码1单线程与多线程性能对比：
public class ConcurrencyTest {
private static final long count = 10000l;
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
concurrency();
serial();
}
private static void concurrency() throws InterruptedException {
long start = System.currentTimeMillis();
Thread thread = new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
int a = 0;
for (long i = 0; i < count; i++) {
a += 5;
}
}
});
thread.start();
int b = 0;
for (long i = 0; i < count; i++) {
b--;
}
long time = System.currentTimeMillis() - start;
thread.join();
System.out.println("concurrency :" + time + "ms,b=" + b);
}
private static void serial() {
long start = System.currentTimeMillis();
int a = 0;
for (long i = 0; i < count; i++) {
a += 5;
}
int b = 0;
for (long i = 0; i < count; i++) {
b--;
}
long time = System.currentTimeMillis() - start;
System.out.println("serial:" + time + "ms,b=" + b + ",a=" + a);
}
}
附源码2 死锁：
public class DeadLockDemo {
private static String A = "A";
private static String B = "B";
public static void main(String[] args) {
new DeadLockDemo().deadLock();
}
private void deadLock() {
Thread t1 = new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
synchronized (A) {
try {
Thread.currentThread().sleep(2000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
synchronized (B) {
System.out.println("1");
}
}
}
});
Thread t2 = new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
synchronized (B) {
synchronized (A) {
System.out.println("2");
}
}
}
});
t1.start();
t2.start();
}
}
