并发编程的目的和挑战

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。

上下文切换也会影响多线程的执行速度。

如何减少上下文切换

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。

使用协程：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

死锁的简述：就是俩个线程相互持有对方需要的资源，并且又同时等待对方释放资源，导致俩个线程相互僵持，谁也不肯让谁。

死锁的定义：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。

我们可以通过一个小故事理解死锁。就是指有两个人他们在一起吃饭，但是呢，筷子不够，A这个人有一支筷子，B这个人也有一支筷子，假如A要吃饭的时候，B把筷子给了A，这样A就吃上了饭，同理B要吃饭的时候，A把筷子给了B，这样B也吃上了饭，如果要是这样的话，就没有我们什么事了，但是有一天，有一道菜非常好吃，A、B都想先吃，A向B拿筷子，B也先向A拿筷子。两人都不愿意把筷子给对方，那只能一直耗着，等着，那么我们就可以说他们两个死锁了。

死锁程序

那么如何使用java来编写一个死锁程序呢。简单来说就是在同步代码块中嵌套同步代码块，两个同步代码块应用了两个不同的锁。A线程的第一个同步代码块用到了锁A，第二个同步代码块用到了锁B。B线程第一个同步代码块用到了锁B，第二个同步代码块用到了锁A。这样当A线程运行的时候先用了锁A，还没有用到锁B的时候，B线程也启动了，用到了锁B,这时A线程要用锁B，然而这时B线程却已经占用了锁B,而B线程继续运行需要锁A，可是A线程已经占用了锁B，这样话，这两个线程就出现了死锁。

示例

package com.zsh;/*** 死锁:就是同步代码块中嵌套另外一个同步代码块* * @author 小行**/
public class DeadLockDemo {public static void main(String[] args) {// 创建两个线程DeadLockThread dlt1 = new DeadLockThread(false);DeadLockThread dlt2 = new DeadLockThread(true);// 启动线程new Thread(dlt1).start();new Thread(dlt2).start();}
}class DeadLockThread implements Runnable {// 标记变量private boolean flag;public DeadLockThread(boolean flag) {super();this.flag = flag;}public void run() {// dlt1线程执行该方法if (flag) {synchronized (ThreadLock.locka) {System.out.println("if locka!");synchronized (ThreadLock.lockb) {System.out.println("if lockb!");}}} // dlt2线程执行该方法else {synchronized (ThreadLock.lockb) {System.out.println("else lockb!");synchronized (ThreadLock.locka) {System.out.println("else locka!");}}}}
}class ThreadLock {static Object locka = new Object();static Object lockb = new Object();
}