Java并发系列之并发编程的挑战

前言

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种一棵树最好的时间是十年前，其次是现在
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絮叨

从今天开始，我们进入一个新的领域学习，这个领域的学习，我打算跟着Java并发编程的艺术走，整本书是十一章，意味着我会写十篇左右博客在Java并发系列中，我希望通过我对这本书的总结，能让大家在面试和实际工作中运用上Java的并发知识

Java并发编程的艺术

这本书还算可以吧，毕竟是阿里专家写的，然后我其实很早就买了，但是没怎么看，刚好因为大家喜欢我的文章，那我就很有动力去学习，然后把学到的知识分享给大家，

总共的章节有

• 并发编程的挑战

• Java并发机制的底层实现

• Java内存模型

• Java并发编程基础

• Java中的锁

• Java并发容器和框架（前面讲Java容器提到过）

• Java中的13个原子类

• Java中并发的工具类

• Java中的线程池

• Executor框架

• 实战（这个是案例）

JUC

这个肯定要知道是啥的，它是Java JDK中的一个安全包，别等面试官问你有没有接触过JUC,你连听都没有听到过，就尴尬了。

在 Java 5.0 提供了java.util.concurrent(简称JUC)包,在此包中增加了在并发编程中很常用的工具类, 用于定义类似于线程的自定义子系统,包括线程池,异步 IO 和轻量级任务框架;还提供了设计用于多线程上下文中 的 Collection 实现等;

其实我们要讲的并发系列，也就是讲上图的内容来的。

并发编程的目的与挑战

并发编程的目的是为了让程序运行得更快。启动更多的线程并不一定就能让程序最大限度地并发执行。
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

• 硬件和软件的资源限制问题

上下文切换

单核处理器也支持多线程执行代码，CPU通过给每个线程分配CPU时间片来实现这个机制。时间片是CPU分配给各个线程的时间，因为时间片非常短，所以CPU通过不停地切换线程执行，让我们感觉多个线程是同时执行的，时间片一般是几十毫秒（ms）。

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。

这个的意思就是告诉我们，并不是说线程越多越好，因为每个线程的使用cpu的时间是根据算法算出来的，也差不多算平均吧，如果你的线程太多，但是有很多线程是空闲状态，那你们你上下文切换的时间就是浪费的，这样还不如单线程执行呢，还有就是执行的次数，如果执行的次数少，那么串行也会比较快，有实验证明在10W循环执行中，2者的速度差不多

我们如何去减少上下文的切换

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。

死锁

所谓死锁，是指多个进程在运行过程中因争夺资源而造成的一种僵局，当进程处于这种僵持状态时，若无外力作用，它们都将无法再向前推进。因此我们举个例子来描述，如果此时有一个线程A，按照先锁a再获得锁b的的顺序获得锁，而在此同时又有另外一个线程B，按照先锁b再锁a的顺序获得锁。如下图所示：

死锁产生的4个必要条件？

• 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。

预防死锁：

• 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。（锁超时）

• 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

• 硬件资源限制有带宽的上传/下载速度、硬盘读写速度和CPU的处理速度。

• 软件资源限制有数据库的连接数和socket连接数等。

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。比如使用ODPS、Hadoop或者自己搭建服务器集群,要么用阿里云的服务。

• 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。

本章总结

作者的建议是使用JDK并发包下的容器和工具类来解决并发问题，因为这些是已经经过了大量的测试，可以解决前面提到的几个挑战

结尾

第一章 介绍了并发的目的，和挑战，从全局大观上知道我们要学习的一个方向，继续加油吧。

因为博主也是一个开发萌新 我也是一边学一边写 我有个目标就是一周 二到三篇 希望能坚持个一年吧 希望各位大佬多提意见，让我多学习，一起进步。

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