關於併發編程，其目的就是爲了讓程序運行得更快，但是，並不是啓動更多的線程就能讓程序更大限度的併發執行。有哪些影響併發編程的因素呢？
一、文章導圖
二、挑戰
1、上下文切換
單核處理器也支持多線程執行代碼，CPU通過給每個線程分配CPU時間片來實現這個機制，只是時間片的時間短，感覺CPU能同時處理多個任務。時間片一般是幾十毫秒（ms）。
CPU通過時間片輪訓的方式處理任務，當前任務執行一個時間片會切換到下一個任務。注意，當CPU從一個任務切換到另一個任務前，會保留上一個任務的狀態，以便再切回來是可以繼續執行。所以任務從保持狀態到再加載的過程就是一次上下文切換。
- 多線程執行耗時測試
電腦配置：單處理器雙核8G內存
public class Demo1_1_1 {
private static final long count = 1000000001;
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
// 註釋一個進行執行
concurrent();
// serial();
}
/**
* 併發執行
*/
private static void concurrent() throws InterruptedException {
long start = System.currentTimeMillis();
Thread thread = new Thread(() -> {
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 --;
}
thread.join();
System.out.println("concurrent time:" + (System.currentTimeMillis() - start) + "ms");
}
/**
* 串行執行
*/
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 --;
}
System.out.println("serial time:" + (System.currentTimeMillis() - start) + "ms");
}
}以上分別執行3次，取一個最大值和一個最小值
結果
| 循環次數 | 並行耗時/ms | 串行耗時/ms |
|---|---|---|
| 10萬 | 66 - 90 | 2 - 4 |
| 100萬 | 68 - 78 | 5 - 13 |
| 1000萬 | 75 - 81 | 16 - 19 |
| 1億 | 133 - 128 | 80 - 121 |
| 10億 | 600 - 615 | 900 - 1000 |
分析
當併發執行不超過億級別時，並行是比串行慢的，這就是因爲線程有創建和上下文切換的開銷。按理說多個線程執行應該比單線程慢，實際並非如此。
- 如何減少上下文切換
1、無所併發編程：多線程競爭鎖時，會引發上下文切換
2、CAS算法：Java中的Atomic包使用CAS算法更新數據，無需加鎖
3、使用最少線程：任務少，但線程多，導致很多線程都處於等待狀態
4、協程：在線程裏實現多線程的調度
2、死鎖
java中的鎖主要用來解決併發編程資源競爭的問題，如果編程不當，一旦產生死鎖，便會導致系統功能不可用。
例如，有兩個線程t1，t2；兩個資源A，B；當出現，t1持有A資源，t2持有B資源時，t1嘗試獲取B資源，t2嘗試獲取A資源，此時，便會出現死鎖的情況。
- 避免死鎖的辦法
1、避免一個線程同時獲取多個鎖
2、避免一個線程在鎖內同時佔有多個資源，盡力保證每個線程只佔用一個資源
3、嘗試使用定時鎖，如lock.tryLock(timeout)
3、資源限制的挑戰
- 什麼是資源限制
資源限制指在進行併發編程時，程序的執行速度受限於計算機硬件資源或軟件資源。
硬件資源包括：帶寬的上傳下載速度、硬盤讀寫速度和CPU的處理速度等
軟件資源包括：線程池大小、數據庫的連接數等
- 資源限制引發的問題
在併發編程中，代碼執行速度加快的原則是將代碼中的串行部分變成並行執行，但有可能由於資源限制問題，導致程序仍按串行執行，此時程序不僅不會變快，反而更慢，因爲增加了上下文切換和資源調度的時間。
- 如何解決資源限制的問題
對於硬件資源限制：考慮使用集羣方式並行執行程序。
對於軟件資源限制：考慮使用資源池將資源複用，例如數據庫連接池等
- 資源限制情況下進行併發編程
根據不同的資源限制調整程序的併發度。