6、多线程编程的目标和挑战

一、串行、 并发和并行

1、并发是一段时间内可以处理或者完成很多的事情。而并行是一种更加严格、理想的并发，及并行可以看成一种特别的并发。并发往往是带有部分串行的并发，而并行就是并发的极致。
2、从软件角度看，并发就是在一段时间内以交替的方式去完成多个任务（一段时间内），而并行就是以齐头并进的方式去完成多个任务.（同一时刻）
3、从硬件角度看，在一个处理器一次只能运行一个线程的情况下面，由于处理器可以使用时间片分配的技术实现在同一段时间内运行多个线程，因此一个处理器就可以实现并发。但是并行则需要多个处理器在同一个时刻各自运行一个线程来实现。

多线程编程的实质就是：将任务的处理方式由串行改为并发，及实现并发化，以发挥并发的优势。

二、竞态

竞态：一个计算结果的正确性与时间有关的现象被称为竞态。或者说指计算的正确性依赖于相对时间的顺序或者线程的交错。

1、竞态产生原因

导致竞态发生的常见因素是：多个线程在没有采取任何措施的情况下面并发地更新、读取同一个共享变量。竞态往往伴随着读取脏数据问题，及读取到一个过时、丢失更新的问题，以一个线程对数据所做的更新没有体现在后续其他线程对该数据的读取上。

2、竞态模式和竞态产生的条件

（1）竞态的两种模式：
read-modify-write（读-写-改）
check-then-act（检查而后行动）

（2）竞态产生条件

三、线程安全

线程安全：如果一个类在单线程环境下面能够运行正常的话，并且在多线程环境下面，使用方不必做任何改动的情况下面也能运行正常的话就称其为线程安全的，相应的这个类具有线程安全性。
非线程安全：反之，如果一个类在单线程环境下面运作正常，而不做任何改动在多线程环境下面无法运作正常，那么这个类就是非线程安全的。

把一个类做成线程安全的往往是具有代价的

线程安全问题概括为三个方面：原子性、可见性、有序性

四、上下文切换

1、产生原因

2、上下文切换分类

按照上下文切换的因素划分，可以划分为自发性上下文切换和非自发性上下文切换
（1）自发性上下文切换

1、Thread.sleep/yield/join
2、Object.wait等
3、线程引发io操作（如读取文件）
4、等待其他线程持有的锁

（2）非自发性上下文切换
非自发性上下文切换是由于线程调度器的原因beip切出。比如一个线程的时间片段用完了或者是有另一个更高优先级的线程需要被运行。同时在GC回收的时候也会导致非自发的上下文切换（因为GC回收器在进行垃圾回收的时候可能需要暂停所有的用户线程，stop the world，此时会发生上下文切换）

3、上下文切换的开销

（1）直接开销

（2）间接开销

定量角度来说：一次线程的上下文切换是非常快的，微秒级别。但是程序中线程非常多，而发生上下文切换是非常多的，当数量非常多的时候，切换的开销就非常大

有了上下文切换，多线程编程未必比单线程编程的效率高。

4、上下文切换的监控

五、线性活动故障

得其所需要的资源而使得任务执行无法进展的现象。

六、资源的争用与调度

1、资源争用

高并发增加了资源的争用概率，但是高并发未必就意味着高争用
我们要达到的理想状态就是：高并发、低争用

2、资源调度