并发编程的优缺点

并发编程的优缺点

在计算机科学和软件工程中，并发编程是一种涉及同时处理多个任务的技术。它被广泛应用于各种系统和应用中，如多线程应用、网络服务器和实时系统等。然而，尽管并发编程具有许多优点，但也有一些潜在的缺点需要谨慎处理。

优点

1. 通过并发编程的形式可以将多核CPU的计算能力发挥到极致，提高性能。
2. 防止阻塞，提高响应性
3. 增强可扩展性
4. 方便业务拆分，进行业务建模

缺点

1. 频繁的上下文切换
2. 活跃性问题。可能会发生长时间的等待锁，甚至是死锁。
3. 性能问题。 线程的频繁调度切换会浪费资源，同步机制会导致内存缓冲区的数据无效，以及增加同步流量。

时间片是CPU分配给各个线程的时间，因为时间非常短，所以CPU不断通过切换线程，让我们觉得多个线程是同时执行的，时间片一般是几十毫秒。而每次切换时，需要保存当前的状态，以便能够进行恢复先前状态，而这个切换时非常损耗性能，过于频繁反而无法发挥出多线程编程的优势。通常减少上下文切换可以采用无锁并发编程，CAS算法，使用最少的线程和使用协程。

无锁并发编程：可以参照concurrentHashMap锁分段的思想，不同的线程处理不同段的数据，这样在多线程竞争的条件下，可以减少上下文切换的时间。

CAS算法，利用Atomic下使用CAS算法来更新数据，使用了乐观锁，可以有效的减少一部分不必要的锁竞争带来的上下文切换

使用最少线程：避免创建不需要的线程，比如任务很少，但是创建了很多的线程，这样会造成大量的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由于上下文切换也是个相对比较耗时的操作，所以在"java并发编程的艺术"一书中有过一个实验，并发累加未必会比串行累加速度要快。 可以使用Lmbench3测量上下文切换的时长 vmstat测量上下文切换次数。

线程安全

什么是线程安全

如果你的代码在多线程下执行和在单线程下执行永远都能获得一样的结果，那么你的代码就是线程安全的。

线程安全产生的原因：正确性取决于多个线程的交替执行时序，产生了竞态条件。

线程安全级别

1）不可变

像String、Integer、Long这些，都是final类型的类，任何一个线程都改变不了它们的值，要改变除非新创建一个，因此这些不可变对象不需要任何同步手段就可以直接在多线程环境下使用

2）绝对线程安全

不管运行时环境如何，调用者都不需要额外的同步措施。要做到这一点通常需要付出许多额外的代价，Java中标注自己是线程安全的类，实际上绝大多数都不是线程安全的，不过绝对线程安全的类，Java中也有，比方说CopyOnWriteArrayList、CopyOnWriteArraySet

3）相对线程安全

相对线程安全也就是我们通常意义上所说的线程安全，像Vector这种，add、remove方法都是原子操作，不会被打断，但也仅限于此，如果有个线程在遍历某个Vector、有个线程同时在add这个Vector，99%的情况下都会出现ConcurrentModificationException，也就是fail-fast机制。

4）线程非安全

这个就没什么好说的了，ArrayList、LinkedList、HashMap等都是线程非安全的类，点击这里了解为什么不安全。

多线程编程中最难以把握的就是临界区线程安全问题，稍微不注意就会出现死锁的情况，一旦产生死锁就会造成系统功能不可用。

通常可以用如下方式避免死锁的情况：

• 避免一个线程同时获得多个锁；
• 避免一个线程在锁内部占有多个资源，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)，当超时等待时当前线程不会阻塞；
• 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

易混淆的概念

同步VS异步

同步和异步通常用来形容一次方法调用。同步方法调用一开始，调用者必须等待被调用的方法结束后，调用者后面的代码才能执行。而异步调用，指的是，调用者不用管被调用方法是否完成，都会继续执行后面的代码，当被调用的方法完成后会通知调用者。比如，在超时购物，如果一件物品没了，你得等仓库人员跟你调货，直到仓库人员跟你把货物送过来，你才能继续去收银台付款，这就类似同步调用。而异步调用了，就像网购，你在网上付款下单后，什么事就不用管了，该干嘛就干嘛去了，当货物到达后你收到通知去取就好。

并发与并行

并发和并行是十分容易混淆的概念。并发指的是多个任务交替进行，而并行则是指真正意义上的“同时进行”。实际上，如果系统内只有一个CPU，而使用多线程时，那么真实系统环境下不能并行，只能通过切换时间片的方式交替进行，而成为并发执行任务。真正的并行也只能出现在拥有多个CPU的系统中。

阻塞和非阻塞

阻塞和非阻塞通常用来形容多线程间的相互影响，比如一个线程占有了临界区资源，那么其他线程需要这个资源就必须进行等待该资源的释放，会导致等待的线程挂起，这种情况就是阻塞，而非阻塞就恰好相反，它强调没有一个线程可以阻塞其他线程，所有的线程都会尝试地往前运行。

临界区

临界区用来表示一种公共资源或者说是共享数据，可以被多个线程使用。但是每个线程使用时，一旦临界区资源被一个线程占有，那么其他线程必须等待。