并发编程01-对于并发的认知

多线程和并发的概念
上下文切换
如何减少上下文切换
- 无锁并发编程
- CAS算法
- 使用最少线程
- 协程
死锁
- 避免死锁的几个常见的方式
资源限制的挑战
- 1.资源限制
- 2.资源限制引发的问题
- 3.如何解决资源限制问题
- 4.在资源限制情况下进行并发编程

多线程和并发的概念

高并发：高并发是互联网分布式系统架构设计中必须考虑的因素之一，它通常是指，通过设计保证系统能够同事并行处理很多请求
基本概念:

并发：多个线程操作相同的资源，保障线程安全，合理使用资源。
多线程：服务能够同时处理很多请求提升程序性能

并发编程的目的是为了让程序运行的更快,但是，并不是启动更多的线程就能让程序最大限度地并发执行行。在进行并发编程时，如果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，以及受限于硬件和软件的资源限制问题.

上下文切换

多个线程不是同时运行的,即使是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.这样的切换是会影响程序运行的效率的,上下文的切换会印象多线程的执行速度.

如何减少上下文切换

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

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,可以用一些方法来避免使用锁,如将数据的ID按照本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之间的切换.

死锁

死锁是指两个或两个以上的进程在执行过程中，由于竞争资源或者由于彼此通信而造成的一种阻塞的现象，若无外力作用，它们都将无法推进下去。此时称系统处于死锁状态或系统产生了死锁，这些永远在互相等待的进程称为死锁进程.

代码演示:

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(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                synchronized (A) {
                    try { Thread.sleep(2000);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    synchronized (B) {
                        System.out.println("1");
                    }
                }
            }
        });
        Thread t2 = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                synchronized (B) {
                    synchronized (A) {
                        System.out.println("2");
                    }
                }
            }
        });
        t1.start();
        t2.start();
    }
}

这段代码会引起死锁，使线程t1和线程t2互相等待对方释放锁。

使用Jconsole查看死锁

避免死锁的几个常见的方式

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。
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

1.资源限制

资源限制是指在进行并发编程时,程序执行速度受限于计算机硬件资源或软件资源.

2.资源限制引发的问题

在并发编程中,将代码执行速度加快的原则是将代码中的串行执行的部分,变成并发执行, 但是如果将某段串行的代码并发执行，因为受限于资源，仍然在串行执行，这时候程序不仅不会加快执行，反而会更慢，因为增加了上下文切换和资源调度的时间。(代码对资源的处理未完成).

3.如何解决资源限制问题

对于硬件资源的限制,可以考虑使用集群并行执行程序.既然单机的资源有限制，那么就让程序在多机上运行。比如使用ODPS、Hadoop或者自己搭建服务器集群，不同的机器处理不同的数据。可以通过“数据ID%机器数”，计算得到一个机器编号，然后由对应编号的机器处理这笔数据。

对于软件的资源限制,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。

4.在资源限制情况下进行并发编程

根据不同的资源限制调整程序的并发度,比如下载文件程序依赖于两个资源——带宽和硬盘读写速度。有数据库操作时，涉及数据库连接数，如果SQL语句执行非常快，而线程的数量比数据库连接数大很多，则某些线程会被阻塞，等待数据库连接。

参照书籍:《Java并发编程的艺术》