Java 并发之内存模型

Java 内存模型（Java Memory Model），简称 JMM。Java 内存模型的目标是为了解决由可见性和有序性导致的并发安全问题。Java 内存模型通过 屏蔽各种硬件和操作系统的内存访问差异，以实现让 Java 程序在各种平台下都能达到一致的内存访问效果。

物理内存模型

物理机遇到的并发问题与虚拟机中的情况有不少相似之处，物理机对并发的处理方案对于虚拟机的实现也有相当大的参考意义。

硬件处理效率存在很大差异

Java 并发之分工工具

对于简单的并行任务，你可以通过“线程池 + Future”的方案来解决；如果任务之间有聚合关系，无论是 AND 聚合还是 OR 聚合，都可以通过 CompletableFuture 来解决；而批量的并行任务，则可以通过 CompletionService 来解决。

FutureTask

FutureTask 有两个构造函数：

FutureTask(Callable<V> callable);
FutureTask(Runnable runnable, V result);

Java 并发

Java 并发总结、整理 Java 并发编程相关知识点。

并发编程并非 Java 语言所独有，而是一种成熟的编程范式，Java 只是用自己的方式实现了并发工作模型。学习 Java 并发编程，应该先熟悉并发的基本概念，然后进一步了解并发的特性以及其特性所面临的问题。掌握了这些，当学习 Java 并发工具时，才会明白它们各自是为了解决什么问题，为什么要这样设计。通过这样由点到面的学习方式，更容易融会贯通，将并发知识形成体系化。

📖 内容

• Java 并发简介 - 关键词：并发、线程、安全性、活跃性、性能、死锁、活锁
• Java 并发之内存模型 - 关键词：JMM、Happens-Before、内存屏障、volatile、synchronized、final、指令重排序
• Java 并发之线程 - 关键词：Thread、Runnable、Callable、Future、FutureTask、线程生命周期
• Java 并发之锁 - 关键词：锁、Lock、Condition、ReentrantLock、ReentrantReadWriteLock、StampedLock
• Java 并发之无锁 - 关键词：CAS、ThreadLocal、Immutability、Copy-on-Write
• Java 并发之 AQS - 关键词：AQS、独占锁、共享锁
• Java 并发之容器 - 关键词：ConcurrentHashMap、CopyOnWriteArrayList
• Java 并发之线程池 - 关键词：Executor、ExecutorService、ThreadPoolExecutor、Executors
• Java 并发之同步工具 - 关键词：Semaphore、CountDownLatch、CyclicBarrier
• Java 并发之分工工具 - 关键词：FutureTask、CompletableFuture、CompletionStage、CompletionService、ForkJoinPool

Java 并发之容器

同步容器

同步容器简介

在 Java 中，同步容器主要包括 2 类：

• Vector、Stack、Hashtable
  • Vector - Vector 实现了 List 接口。Vector 实际上就是一个数组，和 ArrayList 类似。但是 Vector 中的方法都是 synchronized 方法，即进行了同步措施。
  • Stack - Stack 也是一个同步容器，它的方法也用 synchronized 进行了同步，它实际上是继承于 Vector 类。
  • Hashtable- Hashtable 实现了 Map 接口，它和 HashMap 很相似，但是 Hashtable 进行了同步处理，而 HashMap 没有。
• Collections 类中提供的静态工厂方法创建的类（由 Collections.synchronizedXXX 等方法）

Java 并发之 AQS

AQS 简介

AQS 是 AbstractQueuedSynchronizer 的缩写，即 队列同步器，顾名思义，其主要作用是处理同步。它是并发锁和很多同步工具类的实现基石（如 ReentrantLock、ReentrantReadWriteLock、CountDownLatch、Semaphore、FutureTask 等）。

Java 并发之锁

本文先阐述 Java 中各种锁的概念。

然后，重点介绍 Lock 和 Condition 两个接口及其实现。并发编程有两个核心问题：同步和互斥。

互斥，即同一时刻只允许一个线程访问共享资源；

同步，即线程之间如何通信、协作。

这两大问题，管程（sychronized）都是能够解决的。J.U.C 包还提供了 Lock 和 Condition 两个接口来实现管程，其中 Lock 用于解决互斥问题，Condition 用于解决同步问题。

Java 并发之无锁

并发安全需要保证几个基本特性：

• 可见性 - 是一个线程修改了某个共享变量，其状态能够立即被其他线程知晓，通常被解释为将线程本地状态反映到主内存上，volatile 就是负责保证可见性的。
• 有序性 - 是保证线程内串行语义，避免指令重排等。
• 原子性 - 简单说就是相关操作不会中途被其他线程干扰，一般通过互斥机制（加锁：sychronized、Lock）实现。

Java 并发之同步工具

Semaphore

Semaphore 译为信号量，是一种同步机制，用于控制多线程对共享资源的访问。信号量是由计算机科学家 Edsger Dijkstra 于 1965 年提出的，用于解决所谓的“临界区”问题，即多个进程或线程试图同时访问共享资源（如打印机、内存缓冲区等）时可能出现的问题。

信号量模型

信号量模型还是很简单的，可以简单概括为：一个计数器，一个等待队列，三个方法。在信号量模型里，计数器和等待队列对外是透明的，所以只能通过信号量模型提供的三个方法来访问它们，这三个方法分别是：init()、down() 和 up()。

Java 并发之线程

线程简介

• 进程（Process） - 进程是具有一定独立功能的程序关于某个数据集合上的一次运行活动。进程是操作系统进行资源分配的基本单位。进程可视为一个正在运行的程序。
• 线程（Thread） - 线程是操作系统进行调度的基本单位。
• 管程（Monitor） - 管程是指管理共享变量以及对共享变量的操作过程，让他们支持并发。
  • Java 通过 synchronized 关键字及 wait()、notify()、notifyAll() 这三个方法来实现管程技术。
  • 管程和信号量是等价的，所谓等价指的是用管程能够实现信号量，也能用信号量实现管程。
• 协程（Coroutine） - 协程可以理解为一种轻量级的线程。
  • 从操作系统的角度来看，线程是在内核态中调度的，而协程是在用户态调度的，所以相对于线程来说，协程切换的成本更低。
  • 协程虽然也有自己的栈，但是相比线程栈要小得多，典型的线程栈大小差不多有 1M，而协程栈的大小往往只有几 K 或者几十 K。所以，无论是从时间维度还是空间维度来看，协程都比线程轻量得多。
  • Go、Python、Lua、Kotlin 等语言都支持协程；Java OpenSDK 中的 Loom 项目目标就是支持协程。

Java 并发之线程池

线程池简介

线程池就是管理一系列线程的资源池，其提供了一种限制和管理线程资源的方式。每个线程池还维护一些基本统计信息，例如已完成任务的数量。

如果并发请求数量很多，但每个线程执行的时间很短，就会出现频繁的创建和销毁线程。如此一来，会大大降低系统的效率，可能频繁创建和销毁线程的时间、资源开销要大于实际工作的所需。

使用 线程池的好处 有以下几点：

• 降低资源消耗 - 通过重复利用已创建的线程降低线程创建和销毁造成的消耗。
• 提高响应速度 - 当任务到达时，任务可以不需要等到线程创建就能立即执行。
• 提高线程的可管理性 - 线程是稀缺资源，如果无限制的创建，不仅会消耗系统资源，还会降低系统的稳定性，使用线程池可以进行统一的分配，调优和监控。