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。

1.1 多线程一定快吗？

public class ConcurrencyTest {
    private static final long count = 100001;
    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;
                }
            }
        });
        thread.start();

        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);
    }
}

当并发执行累加操作不超过百万次时，速度会比串行执行累加操作要慢。那么，为什么并发执行的速度会比串行慢呢？这时因为线程有创建和上下文切换的开销。

1.2 减少上下文切换实战

（1）用jstack 命令 dump 线程信息， 看看 pid 为 10622 的进程里的线程都在做什么？

jstack 10622 > /home/rmc/log/dump10

（2）统计所有线程分别处于什么状态，发现 2 个线程处于 WAITING (onobject-monitor)状态。

        6 RUNNABLE
        1 TIMED_WAITING(onobjectmonitor)
        2 TIMED_WAITING(sleeping)
        2 WAITING(onobjectmonitor)
        64 WAITING(parking)

测试上下文切换次数和时长
（1）使用 Lmbench3 可以测量上下文切换的时长。
（2）使用 vmstat 1 可以测量上下文切换的次数。

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1000多次。

1.3 如何减少上下文切换：   

无锁并发编程/CAS算法/使用最少线程/协程
（1）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。
（2）CAS算法。Java的Atomic包使用CAS算法来更新数据，而不需要加锁。
（3）使用最少线程。避免创建不需要的线程，比如任务很少，但是创建了很多线程来处理，这样会造成大量线程都处于等待状态。
（4）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。

避免死锁的几个常见方法：
（1）避免一个线程同时获取多个锁。
（2）避免一个线程在锁内占用多个资源，尽量保证每个锁只占用一个资源。
（3）尝试使用定时锁，使用lock.tryLock(timeout)来代替使用内部锁机制。
（4）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。

资源限制的条件：
（1）资源限制是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。
（2）资源限制引发的问题：在并发编程中，将代码执行速度加快的原则是将代码中串行执行的部分变成并发执行,但是如果将某段串行代码并发执行，因为受限于资源，仍然串行执行，这时候程序不仅不会加快执行，反而会更慢，因为增加了上下文切换和资源调度的时间。
（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Java工程师而言，强烈建议多使用JDK并发包提供的并发容器和工具类来解决并发问题，因为这些类都已经通过了充分的测试和优化。