Java并发编程的挑战

Posted 2020-12-25

     并发编程的目的是为了让程序运行得更快，但是，并不是线程启动的越多，就能让程序最大限度地并发执行。并发编程时，会面临非常多的挑战，比如上下文切换的问题，死锁的问题，以及受限于各种硬件和软件的资源限制问题。

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，可以再加载到这个任务的状态。从任务保存到再加载的过程就是一次上下文切换。

vmstat 1#vmstat可以测试上下文切换的次数。输出结果里的CS（Content Switch）即表示上下文切换的次数。

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，使用协程。

使用最少线程：避免创建不需要的线程，比如任务很少，却创建了很多线程来处理，造成大量线程都处于等待状态（WAITING）。

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。

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。

如何解决资源限制的问题？

1. 对于硬件限制，可以考虑使用集群并行地执行程序。例如使用Hadoop集群，不同的机器处理不同的数据。可以通过“数据ID%机器数”，计算得到一个机器编号，然后由对应编号的机器处理这笔数据。

2. 对于软件限制，可以考虑使用资源池将资源复用。比如使用连接池将数据库和socket连接复用。