并发编程的挑战
并发编程的目的是为了让程序运行得更快，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。在进行并发编程时，如果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，以及受限于硬件和软件的资源限制问题。
上下文切换
即使是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。
测试上下文切换次数和时长
使用Lmbench可以测量上下文切换的时长。
使用vmstat可以测量上下文切换的次数。
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。
- 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。
减少上下文切换实战
通过减少线上大量WAITING（on object monitor）的线程，来减少上下文切换次数。
具体方法：
- 通过jstack工具dump线程信息，
- 查看线程状态
grep java.lang.Thread.State <dump_file> | awk '{print $2,$3,$4,$5}' | sort | uniq -c
grep java.lang.Thread.State <dump_file> | sort | uniq -c
- 根据分析结果，进行修改。
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。
资源限制的挑战
什么是资源限制 ？
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。
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
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。
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。既然单机的资源有限制，那么就让 程序在多机上运行。
在资源限制情况下进行并发编程
方法就是，根据不同的资源限制调整 程序的并发度，比如有数据库操作 时，涉及数据库连接数，如果SQL语句执行非常快，而线程的数量比数据库连接数大很多，则 某些线程会被阻塞，等待数据库连接。
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