并发编程—《Java并发编程的艺术》学习笔记第一章并发编程的挑战

亦凉 2021-10-01 11:00 446阅读 0赞

###### Java并发编程的艺术 ######

###### 所有笔记：[https://www.jianshu.com/nb/33534473][https_www.jianshu.com_nb_33534473] ######

###### Github地址：[https://github.com/ilssio/java-concurrency-programming-ilss][https_github.com_ilssio_java-concurrency-programming-ilss] ######

## 1.1上下文切换 ##

多线程的支持：CPU通过给每个线程分配CPU时间片来实现这个机制。

上下文切换：CPU通过分配时间片算法循环执行任务时，任务切换前会保存前一个任务的状态，以便切回任务，任务从保存到再次加载的过程就是一次上下文切换。上下文切换会影响多线程的执行速度。

### 1.1.1多线程一定快吗？ ###

*  代码见part01中ConcurrencyTest类。
    
        package io.ilss.concurrency.part01;
        
        /**
         * className ConcurrencyTest
         * description ConcurrencyTest
         *
         * @author feng
         * @version 1.0
         * @date 2019-01-21 12:47
         */
        public class ConcurrencyTest {
            private static final long count = 100001L;
        
            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() {
                    public void run() {
                        long a = 0;
                        for (long i = 0; i < count; i++) {
                            a += 5L;
                        }
                    }
                });
                thread.start();
                long b = 0;
                for (long i = 0; i < count; i++) {
                    b--;
                }
                thread.join();
                long time = System.currentTimeMillis() - start;
                System.out.println("Concurrency : " + time + "ms, b = " + b);
            }
        
            private static void serial() {
                long start = System.currentTimeMillis();
                long a = 0;
                for (long i = 0; i < count; i++) {
                    a += 5;
                }
                long 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);
            }
        }

通过更改count从1万到1亿可看成，执行count越低，串行执行效率更高。这是因为线程有创建和上下文切换的开销。但是到了一定的数量过后，多线程的优势就会体现出来。

### 1.1.2 ###

*  可以用Lmbench3测量上下文切换的时间 （Lmbench3是一个性能分析工具）

### 1.1.3 如何减少上下文切换 ###

减少上下文切换的方法：无锁并发编程、CAS算法、使用最少线程、使用协程

*  无锁并发编程：即用一些方法来避免使用锁。
 *  CAS算法：Atomic包使用CAS算法更新数据
 *  只用最少线程：避免创建不需要的线程
 *  协程：在单线程中实现多任务调度，并在单线程中维持多个任务间的切换

### 1.1.4 减少上下文切换实战 ###

减少WAITING线程，系统上下文切换的次数就会少。线程从WAITING到RUNNABLE都会进行一次上下文切换。

## 1.2 死锁 ##

代码见part01中的DeadLockDemo类

package io.ilss.concurrency.part01;
    
    /**
     * className DeadLockDemo
     * description DeadLockDemo
     *
     * @author feng
     * @version 1.0
     * @date 2019-01-21 16:28
     */
    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(() -> {
                synchronized (A) {
                    try {
                        Thread.sleep(2000);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    synchronized (B) {
                        System.out.println("1");
                    }
                }
            });
            Thread t2 = new Thread(() ->{
                synchronized (B) {
                    synchronized (A) {
                        System.out.println("2");
                    }
                }
            });
            t1.start();
            t2.start();
    
        }
    }

*  t1（Thread-0）拿到A锁过后sleep2s，t2（"Thread-1）同时进入B锁代码块，由于t1还在执行A锁的代码块阻塞进程，等t1线程2s时间到了想进入B的代码块时，由于t2还在执行B锁的代码块，就行形成了拿了A的t1要B，拿了B的t2要A，形成死锁。如下信息所示

Java stack information for the threads listed above:
    ===================================================
    "Thread-1":
        at io.ilss.concurrency.part01.DeadLockDemo.lambda$deadLock$1(DeadLockDemo.java:36)
        - waiting to lock <0x000000076ac26378> (a java.lang.String)
        - locked <0x000000076ac263a8> (a java.lang.String)
        at io.ilss.concurrency.part01.DeadLockDemo$$Lambda$2/2129789493.run(Unknown Source)
        at java.lang.Thread.run(Thread.java:748)
    "Thread-0":
        at io.ilss.concurrency.part01.DeadLockDemo.lambda$deadLock$0(DeadLockDemo.java:29)
        - waiting to lock <0x000000076ac263a8> (a java.lang.String)
        - locked <0x000000076ac26378> (a java.lang.String)
        at io.ilss.concurrency.part01.DeadLockDemo$$Lambda$1/1607521710.run(Unknown Source)
        at java.lang.Thread.run(Thread.java:748)
    
    Found 1 deadlock.

注：先使用jps找到运行所在的pid，然后用jstack <pid> 查看如上信息

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)来替代内部锁机制
 *  对于数据库锁，枷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。

## 1.3 资源限制的挑战 ##

*  并发编程时需要考虑：硬件资源如带宽的上传/下载速度、硬盘的读写速度和CPU的处理速度。软件资源如数据库连接数、socket连接数等
 *  资源限制引发的问题：多线程程序由于资源限制，仍然串行执行，会因为上下文切换和资源调度而降低效率
 *  解决资源限制的问题：硬件上可以使用集群，不同的机器处理不同的数据；软件上可以考虑使用资源池将资源复用，如：数据库连接池、socket连接复用、调用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线程：根据不同的资源限制调整程序的并发度。

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