- 1上下文切换
- 1.1多线程一定快吗
- 2死锁
- 2.1死锁的定义
- 3资源限制的挑战
并发编程的目的就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,死锁,资源限制等问题。 1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执行下一个任务。在切换前(程序计数器)会保存上一个任务的状态,下次分到CPU时间片时会切回到这个任务,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。这个好比我们再看一篇英语文章时,当发现有一个不认识的单词我们会记录当前文章页数然后查看字典,查完后继续回到所读页数阅读文章。这样的切换会影响阅读的效率,同样的上下文切换也会影响多线程的执行效率
1.1多线程一定快吗public class ConcurrencyTest {
private static final long count = 10000;
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
concurrency();
serial();
}
public static void concurrency() throws InterruptedException {
long start = System.currentTimeMillis();
Thread thread =new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
int a = 0;
for (long i = 0; i < count; i++) {
a += 1;
}
}
});
thread.start();
int b = 0;
for (long i = 0; i < count; i++) {
b += 1;
}
long runTime = System.currentTimeMillis() - start;
thread.join();
System.out.println("并发程序所执行的时间为:"+ runTime+"ms");
}
public static void serial() throws InterruptedException {
long start = System.currentTimeMillis();
int a = 0;
for (long i = 0; i < count; i++) {
a += 1;
}
int b = 0;
for (long i = 0; i < count; i++) {
b += 1;
}
long runTime = System.currentTimeMillis() - start;
System.out.println("串行程序所执行的时间为:"+ runTime+"ms");
}
}
注意:电脑配置不同运行耗时存在差异
| 循环次数 | 并发执行耗时 /ms | 串行执行耗时 /ms |
|---|---|---|
| 1亿 | 31 | 59 |
| 1千万 | 7 | 8 |
| 1百万 | 4 | 4 |
| 10万 | 3 | 2 |
| 1万 | 1 | 0 |
由表可知,当并发执行累加操作不超过百万次时,速度会比串行累加慢。
原因：线程创建和上下文切换的开销
死锁是指两个或两个以上的进程(或线程)在执行过程中，由于竞争资源或者由于彼此通信而造成的一种阻塞的现象，若无外力作用，它们都将无法推进下去。此时称系统处于死锁状态或系统产生了死锁，这些永远在互相等待的进程称为死锁进程(或线程)。
死锁的发生必须具备以下四个必要条件。
1）互斥条件：指进程对所分配到的资源进行排它性使用，即在一段时间内某资源只由一个进程占用。如果此时还有其它进程请求资源，则请求者只能等待，直至占有资源的进程用毕释放。
2）请求和保持条件：指进程已经保持至少一个资源，但又提出了新的资源请求，而该资源已被其它进程占有，此时请求进程阻塞，但又对自己已获得的其它资源保持不放。
3）不剥夺条件：指进程已获得的资源，在未使用完之前，不能被剥夺，只能在使用完时由自己释放。
4）环路等待条件：指在发生死锁时，必然存在一个进程——资源的环形链，即进程集合{P0，P1，P2，···，Pn}中的P0正在等待一个P1占用的资源；P1正在等待P2占用的资源，……，Pn正在等待已被P0占用的资源。
只要打破四个必要条件之一就能有效预防死锁的发生。
避免死锁算法中最有代表性的算法是Dijkstra E.W 于1968年提出的银行家算法：
银行家算法是避免死锁的一种重要方法，防止死锁的机构只能确保上述四个条件之一不出现，则系统就不会发生死锁。通过这个算法可以用来解决生活中的实际问题，如银行贷款等。
具体可以看这篇文章操作系统之银行家算法
死锁代码演示：
public class DeadLockTest {
private static final String A = "A";
private static final String B = "B";
public static void main(String[] args) {
deadLock();
}
private static void deadLock(){
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
synchronized(A){
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
synchronized(B){
System.out.println("哈哈");
}
}
}
}).start();
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
synchronized(B){
synchronized (A){
System.out.println("呵呵");
}
}
}
}).start();
}
}
dump线程查看：
"Thread-0" #12 prio=5 os_prio=0 tid=0x000000001cfa6800 nid=0x2244 waiting for monitor entry [0x000000001dd2e000] java.lang.Thread.State: BLOCKED (on object monitor) at com.Thread.DeadLockTest$1.run(DeadLockTest.java:27) - waiting to lock <0x0000000780b02548> (a java.lang.String) - locked <0x0000000780b02518> (a java.lang.String) at java.lang.Thread.run(Thread.java:748)
"Thread-1" #13 prio=5 os_prio=0 tid=0x000000001cfa8800 nid=0x6ec waiting for monitor entry [0x000000001de2f000] java.lang.Thread.State: BLOCKED (on object monitor) at com.Thread.DeadLockTest$2.run(DeadLockTest.java:38) - waiting to lock <0x0000000780b02518> (a java.lang.String) - locked <0x0000000780b02548> (a java.lang.String) at java.lang.Thread.run(Thread.java:748)
注:也可以通过jps + jstack查看
3资源限制的挑战程序执行的速度受限于计算机软硬件资源。硬件资源限制有带宽的上传/下载速度,磁盘读写速度和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。
