java（9）并发编程

整理自《java 并发编程的艺术》

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分配给各个线程的时间，因为时间片非常短，所以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。所以任务从保存到再加载的过程就是一次上下文切换

2. 多线程一定快吗？

    public class ConcurrencyTest {
        
        private static final long count = 1000000000l;
        public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
                concurrency();
                serial();
        }
        
        
        private 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 += 5;
                                }
                        }
                });           
                //开启线程循环
                thread.start();
                
                //在主线程中执行的循环count次
                int b = 0;
                for (long i = 0; i < count; i++) {
                        b--;
                }
                long time = System.currentTimeMillis() - start;
                thread.join();
                System.out.println("concurrency :" + time+"ms,b="+b);
        }
        
        
        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);
        }
    }

3. 测试上下文切换次数和时长

* 使用Lmbench3可以测量上下文切换的时长
* 使用vmstat可以测量上下文切换的次数        
procs -----------memory---------- ---swap-- -----io---- --system-- -----cpu-----
 r  b   swpd   free   buff  cache   si   so    bi    bo   in   cs us sy id wa st
 0  0 239444 190120 201124 13106568    0    0   276    20    1    1  1  0 99  0  0
 0  0 239444 190120 201124 13106596    0    0  1000     0 1246 2407  1  0 99  0  0
 1  0 239444 190128 201124 13106596    0    0  1000     0 1261 2421  1  1 98  0  0
 0  0 239444 190128 201124 13106604    0    0  1000    40 1220 2410  1  1 99  0  0
 1  0 239444 190128 201124 13106604    0    0  1000    60 1252 2426  1  1 98  1  0
 0  0 239444 190208 201124 13106604    0    0  1000    24 1239 2455  1  1 98  1  0

注：CS（Content Switch）表示上下文切换的次数，从上面的测试结果中我们可以看到，上下文每1秒切换2000多次。    

4. 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

5. 减少上下文切换实战

* 本节将通过减少线上大量WAITING的线程，来减少上下文切换次数

第一步：用jstack命令dump线程信息，看看pid为3117的进程里的线程都在做什么。    
sudo -u admin /opt/ifeve/java/bin/jstack 31177 > /home/tengfei.fangtf/dump17

第二步：统计所有线程分别处于什么状态，发现300多个线程处于WAITING（onobject-monitor）状态。    
[tengfei.fangtf@ifeve ~]$ grep java.lang.Thread.State dump17 | awk '{print $2$3$4$5}'| sort | uniq -c
39 RUNNABLE
21 TIMED_WAITING(onobjectmonitor)
6 TIMED_WAITING(parking)
51 TIMED_WAITING(sleeping)
305 WAITING(onobjectmonitor)
3 WAITING(parking)

第三步：打开dump文件查看处于WAITING（onobjectmonitor）的线程在做什么。发现这些线程基本全是JBOSS的工作线程，在await。说明JBOSS线程池里线程接收到的任务太少，大量线程都闲着。      
"http-0.0.0.0-7001-97" daemon prio=10 tid=0x000000004f6a8000 nid=0x555e in
    Object.wait() [0x0000000052423000]
 java.lang.Thread.State: WAITING (on object monitor)
 at java.lang.Object.wait(Native Method)
 - waiting on <0x00000007969b2280> (a org.apache.tomcat.util.net.AprEndpoint$Worker)
 at java.lang.Object.wait(Object.java:485)
 at org.apache.tomcat.util.net.AprEndpoint$Worker.await(AprEndpoint.java:1464)
 - locked <0x00000007969b2280> (a org.apache.tomcat.util.net.AprEndpoint$Worker)
 at org.apache.tomcat.util.net.AprEndpoint$Worker.run(AprEndpoint.java:1489)
 at java.lang.Thread.run(Thread.java:662)    

第四步：减少JBOSS的工作线程数，找到JBOSS的线程池配置信息，将maxThreads降到100。


第五步：重启JBOSS，再dump线程信息，然后统计WAITING（on object monitor）的线程，发现减少了175个。
WAITING的线程少了，系统上下文切换的次数就会少，因为每一次从WAITTING到RUNNABLE都会进行一次上下文的切换。读者也可以使用vmstat命令测试一下        

6. 定位死锁  

* 一旦出现死锁，业务是可感知的，因为不能继续提供服务了，那么只能通过dump线程查看到底是哪个线程出现了问题，以下线程信息告诉我们是DeadLockDemo类的第42行和第31行引起的死锁
"Thread-2" prio=5 tid=7fc0458d1000 nid=0x116c1c000 waiting for monitor entry [116c1b000]
    java.lang.Thread.State: BLOCKED (on object monitor)
        at com.ifeve.book.forkjoin.DeadLockDemo$2.run(DeadLockDemo.java:42)
        - waiting to lock <7fb2f3ec0> (a java.lang.String)
        - locked <7fb2f3ef8> (a java.lang.String)
        at java.lang.Thread.run(Thread.java:695)
"Thread-1" prio=5 tid=7fc0430f6800 nid=0x116b19000 waiting for monitor entry [116b18000]
    java.lang.Thread.State: BLOCKED (on object monitor)
        at com.ifeve.book.forkjoin.DeadLockDemo$1.run(DeadLockDemo.java:31)
        - waiting to lock <7fb2f3ef8> (a java.lang.String)
        - locked <7fb2f3ec0> (a java.lang.String)
        at java.lang.Thread.run(Thread.java:695)