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场景:
尽管多核处理器提供了并行执行的物理条件,但并非所有场景都能够或应该完全并行化。
线程数超过核心数:
当应用程序创建的线程数量超过了处理器的核心数,操作系统会采用类似单核处理器上的时间片轮转策略,轮流将线程分配到各个核心上执行。
这意味着,即使在多核环境下,部分线程依然以并发而非并行的方式运行。这种情况下,虽然有并行执行的能力,但线程间的实际执行变成了交替进行,体现了并发的本质。
任务依赖:
在复杂的应用中,线程间往往存在依赖关系,即一个任务的执行依赖于另一个任务的结果。这种依赖关系限制了并行化的程度,因为依赖任务必须等待前驱任务完成才能开始,即使有足够的处理器核心。因此,即使在并行环境下,任务的执行顺序和依赖关系也可能导致部分流程不得不以串行或部分串行的方式执行。
资源竞争与同步开销:
在多线程环境中,共享资源的访问经常需要同步控制以避免数据竞争和不一致。同步操作(如锁、同步块)本身会带来额外的开销,并且在某些情况下,为了保持数据的一致性,线程可能需要等待获取锁,这导致即使在并行环境下,线程也可能暂时阻塞,影响并行效率。
线程创建与管理成本:
虽然多核处理器能够提供并行处理的潜力,但频繁地创建和销毁线程本身是一项开销较大的操作。我记得线程池等技术的使用,虽然旨在复用线程资源,减少创建销毁开销,但管理线程池和任务队列仍然需要一定的系统资源和时间。
Java虚拟机的策略
面对上述挑战,看Java虚拟机,它采取了以下策略来平衡并发与并行,优化性能:
动态调整线程池大小:
如ThreadPoolExecutor可以根据负载自动调整线程池大小,尝试在并发与并行之间找到最佳平衡点。
使用高级并发工具:Java.util.concurrent包提供了丰富的并发工具,如Future, CompletableFuture, Semaphore, CountDownLatch等,帮助开发者更高效地管理线程间的协作和依赖,减少不必要的阻塞。
锁优化与非阻塞算法:
Java虚拟机不断优化锁机制,如偏向锁、轻量级锁、自旋锁等,以及推广非阻塞算法的使用,以减少线程等待时间,提升并行效率。
编译器与运行时优化:
JVM通过逃逸分析、锁消除、标量替换等技术减少不必要的同步开销,优化代码执行路径,提高并行执行的效率。
反正,力求在并发执行的基础上,最大化并行处理的优势,以提升应用的整体性能。
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