并发挑战(一)

并发挑战(一)
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并发的目的

并发编程的目的是为了让程序运行的更快一点,但是,并不是启动更多的线程就可以让程序执行的效率更高,运行更快。进行并发编程时,如果希望通过多线程执行让程序变得更快,会面临非常大的挑战,如:上下文切换、死锁以及受限制于阴间和软件的资源限制等问题。

上下文切换

单核处理器也支持多线程去执行代码,CPU是通过给每个程序分配时间片来实现并行机制。时间片是CPU分配给各个线程的时间。时间片非常短,CPU通过不断切换线程执行,让我们感觉上是并发执行。
CPU通过时间片分配算法来循环执行任务,当前时间片执行完成之后,记住当前任务执行的状态,以便于下次切换回来的时候,加载这个状态,继续执行,所以任务从保存到再加载的过程就是一次上下文切换。
但是,上下文切换会影响多线程的执行速度。
下面代码演示的是串行和并发执行并累加操作的时间,但是并发执行一定比串行快吗?

public class ConcurrencyTest {
    private static final long count = 10000l;

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        concurrency();
        serial();
    }

    private static void serial() {
        long start = System.currentTimeMillis();
        int a = 0;
        for (long i = 0; i < count; i++) {
            a += 5;
        }
        int b = 0;
        for (long i = 0; i < count; i++) {
            b--;
        }
        long time = System.currentTimeMillis() - start;
        System.out.println("serial:" + time+"ms,b="+b+",a="+a);
    }

    private static void concurrency() throws InterruptedException {
        long start = System.currentTimeMillis();//获取当前时间戳
        Thread thread = new Thread(() -> {
            int a = 0;
            for (long i = 0;i < count;i++){
                a += 5;
            }
        });
        thread.start();
        int b = 0;
        for (long i = 0;i < count;i++) {
            b--;
        }
        long time = System.currentTimeMillis() - start;
        thread.join();//调用线程等待,只有该线程执行完成之后,才能往下执行
        System.out.println("concurrency :" + time+"ms,b="+b);
    }
}

答案是未必
在这里插入图片描述
如图所示,并发累加操作如过没用超过百万,执行速度要比串行的慢。主要是因为上下文切换的开销.

减少上下文切换

减少上下文切换的方式主要有

  • 无锁并发编程:多线程竞争锁时,会引起上下文切换,所以多线程在处理数据时,可以用一些方法来避免使用锁,例如:讲数据的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
  • 使用最小线程:避免创建没必要的线程,减少处于等待状态的线程
  • 使用协程:在单线程中实现多任务调度,并在单线程中维持多个线程的切换

原文链接:https://gper.club/articles/7e7e7f7ff7g5agc3g68

本文来源Java实战团,由架构君转载发布,观点不代表Java架构师必看的立场,转载请标明来源出处:https://javajgs.com/archives/7929

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