Java并发基础（十）——线程优势及风险

一、线程的优势

        线程可以有效地降低程序的开发和维护等成本，同时提升复杂应用程序的性能。线程能够将大部分的异步工作流转换成串行工作流，因此能更好地模拟人类的工作方式和交互方式。此外，线程还可以降低代码的复杂度，使代码更容易编写、阅读和维护。

        在GUI应用程度中，线程可以提高用户界面的响应灵敏度；在服务器应用程序中，可以提升资源利用率以及系统吞吐率。线程还可以简化JVM的实现，垃圾收集器通常在一个或多个专门的线程中运行。在许多重要的Java应用程序中，都在一定程度上用到了线程。

1，1 发挥多处理器的强大能力

         单线程的程序只能使用多处理器系统的部分资源，多线程程序可以同时在多个处理器上执行。倘若设计无误，那么多线程程序可以通过提高处理器资源的利用率来提升吞吐率。

 

1，2 建模的简单性

         若你需要去处理只是一种类型的事件时，那么在时间管理等方面通常会比较简单。而当你要去处理多种类型的事情时，那通常需要去对比不同类型的事情的重要性、紧急优先程度、时间管理等，也会需要在不同类型的事情之间切换，这将带来额外的开销。

 

1，3 异步事件的简化处理

        服务器应用程序在接受来自多个客户端的套接字连接请求时，若为每个客户端连接都分配 其各自的线程，并且使用同步I/O，如此一来就会降低此类程序的开发难度。

        如果程序对套接字执行读操作，但此时请求的数据还未响应，那这个读操作将一直阻塞，直到请求的数据传递过来。在单线程应用程序中，这不仅意味着在处理请求的过程中有停顿，且还意味着这个线程在被阻塞期间，对所有请求的处理都将停顿。为了避免这样的问题，单线程应用程序须使用非阻塞I/O，而非阻塞I/O的复杂性要远远高于同步I/O，并且很容易出错。假如每个请求都拥有自己的处理线程，那在处理某个请求时就算发生了阻塞，也不会影响其它请求的处理。

 

二、线程带来的风险

       多线程并发可以算是一个比较“高深”的内容，稍有不慎，会有不少风险。

2，1 安全性问题

       线程的安全在有时候是比较复杂的，在没有充足同步的情况下，多个线程中的操作执行顺序是不可预测的，甚至会有奇怪的结果。比如递增计数器， 在单线程程序中是OK的，但在多线程情况下就失效了。

@NotThreadSafe
public class UnsafeThread {

    private int count;


    /**
     * @Description 递增并返回
     * @Author Ethan
     * @Param []
     * @return int
     * @change: time:   author:  description:
     */
    public int getNext() {
        return count ++;
    }

}

       上述代码中，getNext()方法中，count的递增很简单，但它却不是三个独立的操作：先读取count值；然后将count的值加1，最后把计算结果写入count（涉及原子性操作和复合性操作）。在多线程情况下，不同线程之间的操作交替执行，因此两个线程可能同时执行了读操作，那这两个线程中拿到的count值就是一样的。然后都进行加1操作，最终在不同线程中操作结果却可能是一样的。

 

2，2 活跃性问题

        安全性不仅对多线程程序很重要，对于单线程程序也同样重要。活跃性关注的一个目标是——某件正确的事情最终会发生。那么，当某个操作无法继续执行下去的时候，就会发生活跃性问题。

        在串行程序中，活跃性问题的形式之一就是无意中造成的无限循环，从而使循环之后的代码无法执行。还有其它一些活跃性的问题，如死锁、饥饿、活锁等。

 

2，3 性能问题

        与活跃性问题密切相关的是性能问题。活跃性意味着某件正确的事情最终会发生，但却不够好。我们希望正确的事情尽快发生。性能问题包括多个方面：服务时间过长、响应不灵敏、吞吐率过低、资源消耗过高、可伸缩性较低等。与安全性和活跃性一样，在多线程程序中不仅存在与单线程程序相同的性能问题，还存在由于使用线程而引发的其它性能问题。

        在设计良好的并发应用程序中，线程能提升程序的性能，但无论如何，线程总会带来某种程序的运行时开销。在多线程程序中，当线程调度器临时挂起活跃线程并转而运行另一个线程时，就会频繁地出现上下文的切换操作（Context Switch），这种操作将带来极大 的开销：保存和恢复执行上下文，丢失局部性，并且CPU时间将更多的花在线程调度而不是线程运行上。

         当线程共享数据时，必须使用同步机制，而这些机制往往会抑制某些编译器优化，使内存缓存区中的数据无效，以及增加共享内存总线的同步流量。所有这些因素都将带来额外的性能开销。

 

注：以上内容参考《Java并发编程实战》。