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并發(fā)編程之并發(fā)編程的挑戰(zhàn)

LeanCloud / 3557人閱讀

摘要：關(guān)于并發(fā)編程，其目的就是為了讓程序運(yùn)行得更快，但是，并不是啟動(dòng)更多的線程就能讓程序更大限度的并發(fā)執(zhí)行。對(duì)于軟件資源限制考慮使用資源池將資源復(fù)用，例如數(shù)據(jù)庫連接池等資源限制情況下進(jìn)行并發(fā)編程根據(jù)不同的資源限制調(diào)整程序的并發(fā)度。

關(guān)于并發(fā)編程，其目的就是為了讓程序運(yùn)行得更快，但是，并不是啟動(dòng)更多的線程就能讓程序更大限度的并發(fā)執(zhí)行。有哪些影響并發(fā)編程的因素呢？

一、文章導(dǎo)圖

二、挑戰(zhàn) 1、上下文切換

單核處理器也支持多線程執(zhí)行代碼，CPU通過給每個(gè)線程分配CPU時(shí)間片來實(shí)現(xiàn)這個(gè)機(jī)制，只是時(shí)間片的時(shí)間短，感覺CPU能同時(shí)處理多個(gè)任務(wù)。時(shí)間片一般是幾十毫秒（ms）。
CPU通過時(shí)間片輪訓(xùn)的方式處理任務(wù)，當(dāng)前任務(wù)執(zhí)行一個(gè)時(shí)間片會(huì)切換到下一個(gè)任務(wù)。注意，當(dāng)CPU從一個(gè)任務(wù)切換到另一個(gè)任務(wù)前，會(huì)保留上一個(gè)任務(wù)的狀態(tài)，以便再切回來是可以繼續(xù)執(zhí)行。所以任務(wù)從保持狀態(tài)到再加載的過程就是一次上下文切換。

多線程執(zhí)行耗時(shí)測(cè)試

電腦配置：?jiǎn)翁幚砥麟p核8G內(nèi)存
public class Demo1_1_1 {

    private static final long count = 1000000001;

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        // 注釋一個(gè)進(jìn)行執(zhí)行
        concurrent();
//        serial();
    }

    /**
     * 并發(fā)執(zhí)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(zhí)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(zhí)行3次，取一個(gè)最大值和一個(gè)最小值

結(jié)果

循環(huán)次數(shù) 并行耗時(shí)/ms 串行耗時(shí)/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(dāng)并發(fā)執(zhí)行不超過億級(jí)別時(shí)，并行是比串行慢的，這就是因?yàn)榫€程有創(chuàng)建和上下文切換的開銷。按理說多個(gè)線程執(zhí)行應(yīng)該比單線程慢，實(shí)際并非如此。

如何減少上下文切換

1、無所并發(fā)編程：多線程競(jìng)爭(zhēng)鎖時(shí)，會(huì)引發(fā)上下文切換
2、CAS算法：Java中的Atomic包使用CAS算法更新數(shù)據(jù)，無需加鎖
3、使用最少線程：任務(wù)少，但線程多，導(dǎo)致很多線程都處于等待狀態(tài)
4、協(xié)程：在線程里實(shí)現(xiàn)多線程的調(diào)度

2、死鎖

java中的鎖主要用來解決并發(fā)編程資源競(jìng)爭(zhēng)的問題，如果編程不當(dāng)，一旦產(chǎn)生死鎖，便會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)功能不可用。

例如，有兩個(gè)線程t1，t2；兩個(gè)資源A，B；當(dāng)出現(xiàn)，t1持有A資源，t2持有B資源時(shí)，t1嘗試獲取B資源，t2嘗試獲取A資源，此時(shí)，便會(huì)出現(xiàn)死鎖的情況。

避免死鎖的辦法

1、避免一個(gè)線程同時(shí)獲取多個(gè)鎖
2、避免一個(gè)線程在鎖內(nèi)同時(shí)占有多個(gè)資源，盡力保證每個(gè)線程只占用一個(gè)資源
3、嘗試使用定時(shí)鎖，如lock.tryLock(timeout)

3、資源限制的挑戰(zhàn)

什么是資源限制

資源限制指在進(jìn)行并發(fā)編程時(shí)，程序的執(zhí)行速度受限于計(jì)算機(jī)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(shù)據(jù)庫的連接數(shù)等

資源限制引發(fā)的問題

在并發(fā)編程中，代碼執(zhí)行速度加快的原則是將代碼中的串行部分變成并行執(zhí)行，但有可能由于資源限制問題，導(dǎo)致程序仍按串行執(zhí)行，此時(shí)程序不僅不會(huì)變快，反而更慢，因?yàn)樵黾恿松舷挛那袚Q和資源調(diào)度的時(shí)間。

如何解決資源限制的問題

對(duì)于硬件資源限制：考慮使用集群方式并行執(zhí)行程序。
對(duì)于軟件資源限制：考慮使用資源池將資源復(fù)用，例如數(shù)據(jù)庫連接池等

資源限制情況下進(jìn)行并發(fā)編程

根據(jù)不同的資源限制調(diào)整程序的并發(fā)度。

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