2.3 资源限制的挑战

什么是资源限制

资源限制指在进行并发编程时，程序的执行速度受限于计算机硬件资源或软件资源。

硬件资源包括：带宽的上传下载速度、硬盘读写速度和CPU的处理速度等

软件资源包括：线程池大小、数据库的连接数等

资源限制引发的问题

在并发编程中，代码执行速度加快的原则是将代码中的串行部分变成并行执行，但有可能由于资源限制问题，导致程序仍按串行执行，此时程序不仅不会变快，反而更慢，因为增加了上下文切换和资源调度的时间。

如何解决资源限制的问题

对于硬件资源限制：考虑使用集群方式并行执行程序。

对于软件资源限制：考虑使用资源池将资源复用，例如数据库连接池等

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。

3. 应该了解的概念

3.1 同步VS异步

同步和异步通常用来形容一次方法调用。同步方法调用一开始，调用者必须等待被调用的方法结束后，调用者后面的代码才能执行。而异步调用，指的是，调用者不用管被调用方法是否完成，都会继续执行后面的代码，当被调用的方法完成后会通知调用者。比如，在超时购物，如果一件物品没了，你得等仓库人员跟你调货，直到仓库人员跟你把货物送过来，你才能继续去收银台付款，这就类似同步调用。而异步调用了，就像网购，你在网上付款下单后，什么事就不用管了，该干嘛就干嘛去了，当货物到达后你收到通知去取就好。

3.2 并发与并行

并发和并行是十分容易混淆的概念。并发指的是多个任务交替进行，而并行则是指真正意义上的“同时进行”。实际上，如果系统内只有一个CPU，而使用多线程时，那么真实系统环境下不能并行，只能通过切换时间片的方式交替进行，而成为并发执行任务。真正的并行也只能出现在拥有多个CPU的系统中。

3.3 阻塞和非阻塞

阻塞和非阻塞通常用来形容多线程间的相互影响，比如一个线程占有了临界区资源，那么其他线程需要这个资源就必须进行等待该资源的释放，会导致等待的线程挂起，这种情况就是阻塞，而非阻塞就恰好相反，它强调没有一个线程可以阻塞其他线程，所有的线程都会尝试地往前运行。

3.4 临界区

临界区用来表示一种公共资源或者说是共享数据，可以被多个线程使用。但是每个线程使用时，一旦临界区资源被一个线程占有，那么其他线程必须等待。

4.并发编程的三大特性

并发编程有三大特性：原子性、可见性、有序性。

原子性：是指在一次操作或多次操作中，要么所有的操作都得到执行，要么都不执行。【类似于事务】

JMM只保证了基本读取和赋值的原子性操作

多个原子性操作的组合不再是原子性操

可以使用synchronized/lock保证某些代码片段的原子性

对于int等类型的自增操作，可以通过java.util.concurrent.atomic.*保证原子性

可见性：是指一个线程对共享变量进行了修改，其他线程可以立即看到修改后的值。

有序性：是指代码在执行过程中的先后顺序是有序的。【Java编译器会对代码进行优化，执行顺序可能与开发者编写的顺序不同(指令重排)】

并发编程时，保证三大特性的方式有三种：

1、使用volatile关键字修饰变量

当一个变量被volatile关键字修饰时，对于共享变量的读操作会直接在主存中进行，对于共享变量的写操作是先修改本地内存，修改结束后直接刷到主存中。(未被volatile修饰的变量被修改后，什么时候最新值会被刷到主存中是不确定的)

2、使用synchronized关键字修饰方法或代码块

synchronized关键字能保证同一时刻只有一个线程获得锁然后执行同步方法，并且确保锁释放之前，会将修改的变量刷入主存。

3、使用JUC提供的显式锁Lock

Lock能保证同一时刻只有一个线程获得锁然后执行同步方法，并且确保锁释放之前，会将修改的变量刷入主存。

最后，本文主要对Java并发编程开发需要的知识点作了简单的讲解，这里每一个知识点都可以用一篇文章去讲解，由于篇幅原因不能对每一个知识点都详细介绍，我相信通过本文你会对Java的并发编程会有更近一步的了解。如果您发现还有缺漏或者有错误的地方，可以在评论区补充，谢谢。