java并发编程之上下文切换

上下文切换

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。

并发执行不一定比串行执行快，因为线程有创建和上下文切换的开销。

减少上下文切换的方法有：

• 无锁并发编程：多线程竞争锁时，会引起上下文切换，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(compare-and-swap)：Java的Atomic包使用CAS算法来更新数据，而不需要加锁

  public class AtomicCounter {
  
      private final AtomicInteger counter = new AtomicInteger(0);
  
      public int getValue() {
          return counter.get();
      }
      public void increment() {
          while(true) {
              int existingValue = getValue();
              int newValue = existingValue + 1;
              if(counter.compareAndSet(existingValue, newValue)) {
                  return;
              }
          }
      }
  }
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• 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

• 协程(Quasar)：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

锁是个非常有用的工具，运用场景非常多，因为它使用起来非常简单，而且易于理解。但同时它也会带来一些困扰，那就是可能会引起死锁，一旦产生死锁，就会造成系统功能不可用。

避免死锁的几种常见方法：

• 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

资源限制

资源限制是指在进行并发编程时，程序的执行速度受限于计算机硬件资源或软件资源。 例如服务器的带宽只有2Mb/s，某个资源的下载速度是1Mb/s每秒，系统启动10个线程下载资源，下载速度不会变成10Mb/s，所以在进行并发编程时，要考虑这些资源的限制。

常见资源限制有：

• 带宽的上传/下载速度
• 硬盘读写速度
• CPU的处理速度
• 数据库的连接数
• socket连接数等

在并发编程中，将代码执行速度加快的原则是将代码中串行执行的部分变成并发执行，但是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，这时候程序不仅不会加快执行反而会更慢，因为增加了上下文切换和资源调度的时间。