1.1 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,一般是几十毫秒。
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。任务从保存到再加载的过程就是一次上下文切换。
上下文切换会影响多线程的执行速度。
1.1.1 多线程一定快吗
- 操作次数少时,并发执行速度会比串行执行累加操作要慢。因为线程有创建和上下文切换的开销。
1.1.3 如何减少上下文切换
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,可以用一些方法来避免使用锁,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。
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。
1.2 死锁
-
避免死锁的几个常见方法:
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
1.3 资源限制的挑战
-
资源限制:在进行并发编程时,程序的执行速度受限于计算机硬件资源或软件资源。
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
-
资源限制引发的问题
- 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,这时候程序反而会更慢,因为增加了上下文切换和资源调度的时间。
-
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
对于软件资源限制,可以考虑使用资源池将资源复用(连接池)。
-
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。