并发编程的挑战（一）

1.1 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分配给每个线程的时间，因为时间片非常短，说以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。所以任务从保存到加载的过程就是一次上下文切换。

       上下文切换会影响多线程的执行速度，因为线程有创建上下文切换的开销，所以当线程过多时速度不一定比线程少时执行更快。

1.1.1 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。

       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。

1.2 死锁

       避免死锁的几个常见。
       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。
       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。

1.3 资源限制的挑战

1.3.1 什么是资源限制

       就是在并发编程时，程序的执行速度受限于计算机资源或软件资源。

1.3.2 资源限制引发的问题

         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部分编程并发执行。

1.3.3 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。

       对于软件资源限制，可以考虑使用资源池复用。比如使用连接池将数据库和Socket连接复用，或者在调用对方webservice接口获取数据是，只建立一个连接。

1.3.4 在资源限制情况下进行并发编程

       根据不同的资源限制调整程序的并发度，比如下载文件程序依赖两个资源：带宽和硬盘读写速度。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。