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并发编程挑战:死锁与上下文切换

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发布于 12/03 17:59
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引言

上下文切换(有时也称做进程切换或任务切换)是指 CPU 从一个进程或线程切换到另一个进程或线程。上下文切换会影响多线程执行速度。死锁是指多个进程或线程循环等待它方占有的资源而无限期地僵持下去的局面。

1、上下文切换

上下文定义

cpu发生进程或者线程切换时,所依赖的数据集合,比如一个函数有外部变量,函数运行时,必须获取外部变量,这些变量值的集合就是上下文。

引发问题

对于CPU密集型任务,多线程处理会发生上下文切换,会影响到执行速度,如果时IO密集型,多线程技术优点尽显。

如何减少上下文切换

  • 无锁并发编程,锁的获取与释放会发生上下文切换,多线程时会影响效率。无锁并发编程就是将数据分块,每个线程处理各自模块。比如LongAdder中部分代码。
  • CAS算法,并发编程时通过CAS算法更新数据,而不必加锁。如Java的atomic包下的工具类。
  • 使用最少线程,减少不必要的线程创建,自定义线程池。
  • 使用协程,在单线程中维护多任务调度,处理任务间切换,Golang对于协程的使用很强大。

2、死锁

死锁定义

死锁是进程死锁的简称,是由Dijkstra于1965年研究银行家算法时首先提出来的。 系统发生死锁现象不仅浪费大量的系统资源,甚至导致整个系统崩溃,带来灾难性后果。 死锁.png

产生死锁原因

  • 系统资源不足
  • 进程推进顺序不当
  • 资源分配不合理

死锁产生的必要条件

  • 互斥条件:一个资源只能被一个进程或者线程使用。
  • 请求和保持条件:一个进程或者线程,请求资源的时候发生阻塞,对已经获取的资源保持不放。
  • 不可剥夺条件:进程或者线程以获得的资源,在未使用完成时,不能强行剥夺。
  • 循环等待条件:若干进程或者线程形成一种头尾相接的循环等待的资源关系。

这四分条件是死锁产生的必要条件,只要发生死锁,这些条件必然成立,而只要上述条件之一不满足,就不会发生死锁。

如何避免死锁

  1. 以确定的顺序获得锁
  2. 加锁时限 Lock接口提供了boolean tryLock(long time, TimeUnit unit) throws InterruptedException方法,该方法可以按照固定时长等待锁,因此线程可以在获取锁超时以后,主动释放之前已经获得的所有的锁。
  3. 死锁检测(银行家算法)

tencent.jpg

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