併發編程的挑戰

Java併發編程的藝術筆記

併發編程的目的與挑戰

併發編程的目的是爲了讓程序運行得更快。啓動更多的線程並不一定就能讓程序最大限度地併發執行。
希望通過多線程執行任務讓程序運行得更快，會面臨非常多的挑戰。比如

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。時間片是CPU分配給各個線程的時間，因爲時間片非常短，所以CPU通過不停地切換線程執行，讓我們感覺多個線程是同時執行的，時間片一般是幾十毫秒（ms）。

CPU通過時間片分配算法來循環執行任務，當前任務執行一個時間片後會切換到下一個任務。但是，在切換前會保存上一個任務的狀態，以便下次切換回這個任務時，可以再加載這個任務的狀態。所以任務從保存到再加載的過程就是一次上下文切換。

上下文切換也會影響多線程的執行速度。

如何減少上下文切換

減少上下文切換的方法有 無鎖併發編程、CAS算法、使用最少線程和使用協程。

無鎖併發編程。多線程競爭鎖時，會引起上下文切換，所以多線程處理數據時，可以用一些辦法來避免使用鎖，如將數據的ID按照Hash算法取模分段，不同的線程處理不同段的數據。
CAS算法。Java的Atomic包使用CAS算法來更新數據，而不需要加鎖。
使用最少線程。避免創建不需要的線程，比如任務很少，但是創建了很多線程來處理，這樣會造成大量線程都處於等待狀態。
協程：在單線程裏實現多任務的調度，並在單線程裏維持多個任務間的切換。

避免死鎖的幾個常見方法

避免一個線程同時獲取多個鎖。
避免一個線程在鎖內同時佔用多個資源，儘量保證每個鎖只佔用一個資源。
嘗試使用定時鎖，使用lock.tryLock（timeout）來替代使用內部鎖機制。
對於數據庫鎖，加鎖和解鎖必須在一個數據庫連接裏，否則會出現解鎖失敗的情況。

資源限制的挑戰

如何解決資源限制的問題

對於硬件資源限制，可以考慮使用集羣並行執行程序。比如使用ODPS、Hadoop或者自己搭建服務器集羣。
對於軟件資源限制，可以考慮使用資源池將資源複用。比如使用連接池將數據庫和Socket連接複用，或者在調用對方webservice接口獲取數據時，只建立一個連接。

在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，比如下載文件程序依賴於兩個資源——帶寬和硬盤讀寫速度。有數據庫操作時，涉及數據庫連接數，如果SQL語句執行非常快，而線程的數量比數據庫連接數大很多，則某些線程會被阻塞，等待數據庫連接。

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