并发编程的几个挑战

最新推荐文章于 2022-04-03 19:48:24 发布

程序员小陶

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本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/qq_31975963/article/details/83020937

本文探讨并发编程中的挑战，包括上下文切换、死锁和资源限制问题。通过实例对比串行与并行执行速度，揭示并行不一定快的原因。并提供避免死锁的策略，以及面对资源限制时的解决方案。

摘要生成于 C知道，由 DeepSeek-R1 满血版支持，前往体验 >

并发编程的目的是为了让我们的程序变得更快，但是，并不是启动更多的线程就能让程序最大限度地并发执行。线程不在于多，在并发编程中，我们将面临如下挑战：上下文切换、死锁问题、受限于软硬件资源限制问题。

上下文切换

单核CPU是如果实现多线程的呢？

CPU通过给每个线程分配时间片来实现，时间片是分配给线程的时间。因为时间片非常短，所以CPU不停地切换线程执行，我们感觉上是同时执行的。（一般的，时间片只有十几毫秒 ms）

当一个任务执行一个时间片之后，会切换成下一个任务执行，但是切换之前会保存这个任务的状态，以便下次回到这个任务的时候，可以下载上一次的状态，继续执行。这样，一个任务从保存到再加载的过程就是一次上下文切换。

上面给出了时间片 和 上下文切换的解释。不只是计算机遵循这些原则。

拿现实生活中的例子，我们阅读英文书籍，遇到不会的单词，记住读到的位置，然后去查词典，查会了之后，我们回到上次卡住的位置继续阅读。想到回到原来的位置，大脑必须得记住在什么位置。这样周而复始，查单词和读书之间的切换是会影响读书效率的。这样也就不难理解，上下文切换对多线程的影响了。

多线程一定快吗？根据一个代码的实例，来探讨一下这个问题：

package com.cuteximi.concurrent;

/**
 * @program: Java-300
 * @description: 多线程一定快吗？
 * @author: TSL
 * @create: 2018-10-11 14:22
 **/
public class TestConcurrent {
    private static final long count = 10000;

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        concurrency();
        serial();
    }
    // 并行
    private static void concurrency() throws InterruptedException{
        long start = System.currentTimeMillis();
        Thread thread = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                int a = 0;

                for (int i = 0;i< count;i++){
                    a+=5;
                }

            }
        });
        thread.start();
        int b = 0;
        for (long i = 0;i<count;i++){
            b--;
        }
        long time = System.currentTimeMillis() - start;

        thread.join();

        System.out.println("concurrency: "+time+" ms,b="+b);
    }
    // 串行
    private static void serial(){
        long start = System.currentTimeMillis();
        int a =0;
        for (long i = 0;i < count;i++){
            a+=5;
        }
        int b =0;
        for (long i = 0;i < count;i++){
            b--;
        }
        long time = System.currentTimeMillis() - start;

        System.out.println("Serial "+time+" ms,b="+b+",a="+a);
    }
}

经过不断的修改，上述代码的 count 的值。对比两种方式的执行速度。

count的值	串行方法耗时（ms）	并行方法耗时（ms）	并行比串行快多少
1万	0	1	慢
10万	3	4	慢
100万	6	6	差不多
1000万	18	11	快
1亿	160	79	快了一倍多

上表的数据是一个平均值，但是很容易看出多线程就不一定快！
那么一开始的时候为什么串行比并行还要快呢？是因为并行存在创建线程和上下文切换的花销。随着数量的扩大，多线程才显示出优势。

我们不得不重视，上下文切换的开销！

死锁

?是一个很有用的工具，使用锁的过程中最容易出现的就是死锁，一旦产生死锁就会造成系统不可用。看下面这段代码：

package com.cuteximi.concurrent;

/**
 * @program: Java-300
 * @description: 死锁的例子
 * @author: TSL
 * @create: 2018-10-11 15:14
 **/
public class DeadLockDemo {
    private static String A = "A";
    private static String B = "B";

    public static void main(String[] args) {
        deadLock();
    }
    private static void deadLock(){
        // 线程1
        Thread t1 = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                synchronized (A){
                    try {
                        Thread.sleep(2000);
                    }catch (InterruptedException e){
                        e.printStackTrace();
                    }
                    synchronized (B){
                        System.out.println("111111");
                    }
                }
            }
        });

        // 线程2
        Thread t2 = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                synchronized (B){
                    synchronized (A){
                        System.out.println("222222222");
                    }
                }
            }
        });

        t1.start();
        t2.start();
    }
}

执行这段代码的时候，一直结束不了，因为线程1 和线程2在互相等待。

如何避免死锁呢？