并發編程的目的與挑戰

并發編程的目的是為了讓程序運行得更快。啟動更多的線程并不一定就能讓程序最大限度地并發執行。
希望通過多線程執行任務讓程序運行得更快，會面臨非常多的挑戰。比如：

上下文切換的問題死鎖的問題硬件和軟件的資源限制問題

上下文切換

單核處理器也支持多線程執行代碼，CPU通過給每個線程分配CPU時間片來實現這個機制。時間片是CPU分配給各個線程的時間，因為時間片非常短，所以CPU通過不停地切換線程執行，讓我們感覺多個線程是同時執行的，時間片一般是幾十毫秒（ms）。

CPU通過時間片分配算法來循環執行任務，當前任務執行一個時間片后會切換到下一個任務。但是，在切換前會保存上一個任務的狀態，以便下次切換回這個任務時，可以再加載這個任務的狀態。所以任務從保存到再加載的過程就是一次上下文切換。

上下文切換也會影響多線程的執行速度。

如何減少上下文切換

減少上下文切換的方法有 無鎖并發編程、CAS算法、使用最少線程 和 使用協程。

無鎖并發編程。多線程競爭鎖時，會引起上下文切換，所以多線程處理數據時，可以用一些辦法來避免使用鎖，如將數據的ID按照Hash算法取模分段，不同的線程處理不同段的數據。

CAS算法。Java的Atomic包使用CAS算法來更新數據，而不需要加鎖。

使用最少線程。避免創建不需要的線程，比如任務很少，但是創建了很多線程來處理，這樣會造成大量線程都處于等待狀態。

使用協程：在單線程里實現多任務的調度，并在單線程里維持多個任務間的切換。

死鎖

死鎖的簡述：就是倆個線程相互持有對方需要的資源，并且又同時等待對方釋放資源，導致倆個線程相互僵持，誰也不肯讓誰。

死鎖的定義：死鎖是指兩個或兩個以上的進程在執行過程中，由于競爭資源或者由于彼此通信而造成的一種阻塞的現象，若無外力作用，它們都將無法推進下去。此時稱系統處于死鎖狀態或系統產生了死鎖，這些永遠在互相等待的進程稱為死鎖進程。

我們可以通過一個小故事理解死鎖。就是指有兩個人他們在一起吃飯，但是呢，筷子不夠，A這個人有一支筷子，B這個人也有一支筷子，假如A要吃飯的時候，B把筷子給了A，這樣A就吃上了飯，同理B要吃飯的時候，A把筷子給了B，這樣B也吃上了飯，如果要是這樣的話，就沒有我們什么事了，但是有一天，有一道菜非常好吃，A、B都想先吃，A向B拿筷子，B也先向A拿筷子。兩人都不愿意把筷子給對方，那只能一直耗著，等著，那么我們就可以說他們兩個死鎖了。

死鎖程序

那么如何使用java來編寫一個死鎖程序呢。簡單來說就是在同步代碼塊中嵌套同步代碼塊，兩個同步代碼塊應用了兩個不同的鎖。A線程的第一個同步代碼塊用到了鎖A，第二個同步代碼塊用到了鎖B。B線程第一個同步代碼塊用到了鎖B，第二個同步代碼塊用到了鎖A。這樣當A線程運行的時候先用了鎖A，還沒有用到鎖B的時候，B線程也啟動了，用到了鎖B,這時A線程要用鎖B，然而這時B線程卻已經占用了鎖B,而B線程繼續運行需要鎖A，可是A線程已經占用了鎖B，這樣話，這兩個線程就出現了死鎖。

示例

package com.zsh;/*** 死鎖:就是同步代碼塊中嵌套另外一個同步代碼塊* * @author 小行**/ public class DeadLockDemo {public static void main(String[] args) {// 創建兩個線程DeadLockThread dlt1 = new DeadLockThread(false);DeadLockThread dlt2 = new DeadLockThread(true);// 啟動線程new Thread(dlt1).start();new Thread(dlt2).start();} }class DeadLockThread implements Runnable {// 標記變量private boolean flag;public DeadLockThread(boolean flag) {super();this.flag = flag;}public void run() {// dlt1線程執行該方法if (flag) {synchronized (ThreadLock.locka) {System.out.println("if locka!");synchronized (ThreadLock.lockb) {System.out.println("if lockb!");}}} // dlt2線程執行該方法else {synchronized (ThreadLock.lockb) {System.out.println("else lockb!");synchronized (ThreadLock.locka) {System.out.println("else locka!");}}}} }class ThreadLock {static Object locka = new Object();static Object lockb = new Object(); }

程序運行之后會出現死鎖的情況，希望大家可以通過這個例子深入理解死鎖。

避免死鎖的幾個常見方法

避免一個線程同時獲取多個鎖。

避免一個線程在鎖內同時占用多個資源，盡量保證每個鎖只占用一個資源。

嘗試使用定時鎖，使用lock.tryLock（timeout）來替代使用內部鎖機制。

對于數據庫鎖，加鎖和解鎖必須在一個數據庫連接里，否則會出現解鎖失敗的情況。

資源限制的挑戰

硬件資源限制有帶寬的上傳/下載速度、硬盤讀寫速度和CPU的處理速度。

軟件資源限制有數據庫的連接數和socket連接數等。

如何解決資源限制的問題

對于硬件資源限制，可以考慮使用集群并行執行程序。比如使用ODPS、Hadoop或者自己搭建服務器集群。

對于軟件資源限制，可以考慮使用資源池將資源復用。比如使用連接池將數據庫和Socket連接復用，或者在調用對方webservice接口獲取數據時，只建立一個連接。

在資源限制情況下進行并發編程

根據不同的資源限制調整程序的并發度，比如下載文件程序依賴于兩個資源——帶寬和硬盤讀寫速度。有數據庫操作時，涉及數據庫連接數，如果SQL語句執行非常快，而線程的數量比數據庫連接數大很多，則某些線程會被阻塞，等待數據庫連接。

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總結

以上是生活随笔為你收集整理的并发编程的目的和挑战的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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