27篇文章彻底构建java并发知识体系

整个系列文章为**Java并发专题**,一是自己的兴趣,二是,这部分在实际理解上很有难度,另外在面试过程中也是经常被问到。所以在学习过程中,记录了Java并发相关的基础知识,一是自己对知识能够建立体系,同时也希望有幸能够对其他人有用。

LockSupport工具

在之前介绍[AQS的底层实现](http://www.jianshu.com/p/cc308d82cc71),已经在介绍java中的Lock时,比如[ReentrantLock](http://www.jianshu.com/p/dc5602eafd51),[ReentReadWriteLocks](http://www.jianshu.com/p/4a624281235e),已经在介绍线程间等待/通知机制使用的[Condition](http://www.jianshu.com/p/28387056eeb4)时都会调用LockSupport.park()方法和LockSupport.unpark()方法。而这个在同步组件的实现中被频繁使用的LockSupport到底是何方神圣,现在就来看看。LockSupport位于java.util.concurrent.locks包下,有兴趣的可以直接去看源码,该类的方法并不是很多。LockSupprot是线程的阻塞原语,用来阻塞线程和唤醒线程。每个使用LockSupport的线程都会与一个许可关联,如果该许可可用,并且可在线程中使用,则调用park()将会立即返回,否则可能阻塞。如果许可尚不可用,则可以调用 unpark 使其可用。但是注意许可**不可重入**,也就是说只能调用一次park()方法,否则会一直阻塞。

彻底理解ReentrantLock

ReentrantLock重入锁,是实现Lock接口的一个类,也是在实际编程中使用频率很高的一个锁,**支持重入性,表示能够对共享资源能够重复加锁,即当前线程获取该锁再次获取不会被阻塞**。在java关键字synchronized隐式支持重入性(关于synchronized可以[看这篇文章](https://juejin.im/post/5ae6dc04f265da0ba351d3ff)),synchronized通过获取自增,释放自减的方式实现重入。

FutureTask基本操作总结

在Executors框架体系中,FutureTask用来表示可获取结果的异步任务。FutureTask实现了Future接口,FutureTask提供了启动和取消异步任务,查询异步任务是否计算结束以及获取最终的异步任务的结果的一些常用的方法。通过`get()`方法来获取异步任务的结果,但是会阻塞当前线程直至异步任务执行结束。一旦任务执行结束,任务不能重新启动或取消,除非调用`runAndReset()`方法。

初识Lock与AbstractQueuedSynchronizer(AQS)

在针对并发编程中,Doug Lea大师为我们提供了大量实用,高性能的工具类,针对这些代码进行研究会让我们队并发编程的掌握更加透彻也会大大提升我们队并发编程技术的热爱。这些代码在java.util.concurrent包下。如下图,即为concurrent包的目录结构图。

深入理解读写锁ReentrantReadWriteLock

在并发场景中用于解决线程安全的问题,我们几乎会高频率的使用到独占式锁,通常使用java提供的关键字synchronized(关于synchronized可以[看这篇文章](http://www.jianshu.com/p/d53bf830fa09))或者concurrents包中实现了Lock接口的[ReentrantLock](http://www.jianshu.com/p/dc5602eafd51)。它们都是独占式获取锁,也就是在同一时刻只有一个线程能够获取锁。而在一些业务场景中,大部分只是读数据,写数据很少,如果仅仅是读数据的话并不会影响数据正确性(出现脏读),而如果在这种业务场景下,依然使用独占锁的话,很显然这将是出现性能瓶颈的地方。

Java中atomic包中的原子操作类总结

在并发编程中很容易出现并发安全的问题,有一个很简单的例子就是多线程更新变量i=1,比如多个线程执行i++操作,就有可能获取不到正确的值,而这个问题,最常用的方法是通过Synchronized进行控制来达到线程安全的目的([关于synchronized可以看这篇文章](https://www.jianshu.com/p/d53bf830fa09))。但是由于synchronized是采用的是悲观锁策略,并不是特别高效的一种解决方案。实际上,在J.U.C下的atomic包提供了一系列的操作简单,性能高效,并能保证线程安全的类去更新基本类型变量,数组元素,引用类型以及更新对象中的字段类型。atomic包下的这些类都是采用的是乐观锁策略去原子更新数据,在java中则是使用CAS操作具体实现。

并发编程的优缺点

一直以来,硬件的发展极其迅速,也有一个很著名的"摩尔定律",可能会奇怪明明讨论的是并发编程为什么会扯到了硬件的发展,这其中的关系应该是多核CPU的发展为并发编程提供的硬件基础。摩尔定律并不是一种自然法则或者是物理定律,它只是基于认为观测数据后,对未来的一种预测。按照所预测的速度,我们的计算能力会按照指数级别的速度增长,不久以后会拥有超强的计算能力,正是在畅想未来的时候,2004年,Intel宣布4GHz芯片的计划推迟到2005年,然后在2004年秋季,Intel宣布彻底取消4GHz的计划,也就是说摩尔定律的有效性超过了半个世纪戛然而止。但是,聪明的硬件工程师并没有停止研发的脚步,他们为了进一步提升计算速度,而不是再追求单独的计算单元,而是将多个计算单元整合到了一起,也就是形成了多核CPU。短短十几年的时间,家用型CPU,比如Intel i7就可以达到4核心甚至8核心。而专业服务器则通常可以达到几个独立的CPU,每一个CPU甚至拥有多达8个以上的内核。因此,摩尔定律似乎在CPU核心扩展上继续得到体验。因此,多核的CPU的背景下,催生了并发编程的趋势,通过**并发编程的形式可以将多核CPU的计算能力发挥到极致,性能得到提升**。顶级计算机科学家Donald Ervin Knuth如此评价这种情况:在我看来,这种现象(并发)或多或少是由于硬件设计者无计可施了导致的,他们将摩尔定律的责任推给了软件开发者。

三大性质总结:原子性、可见性以及有序性

在并发编程中分析线程安全的问题时往往需要切入点,那就是**两大核心**:JMM抽象内存模型以及happens-before规则(在[这篇文章](http://www.jianshu.com/p/d52fea0d6ba5)中已经经过了),三条性质:**原子性,有序性和可见性**。关于[synchronized](http://www.jianshu.com/p/d53bf830fa09)和[volatile](http://www.jianshu.com/p/157279e6efdb)已经讨论过了,就想着将并发编程中这两大神器在 **原子性,有序性和可见性**上做一个比较,当然这也是面试中的高频考点,值得注意。

彻底理解volatile

通过上一篇的文章我们了解到synchronized是阻塞式同步,在线程竞争激烈的情况下会升级为重量级锁。而volatile就可以说是java虚拟机提供的最轻量级的同步机制。但它同时不容易被正确理解,也至于在并发编程中很多程序员遇到线程安全的问题就会使用synchronized。[Java内存模型](http://www.jianshu.com/p/d52fea0d6ba5)告诉我们,各个线程会将共享变量从主内存中拷贝到工作内存,然后执行引擎会基于工作内存中的数据进行操作处理。线程在工作内存进行操作后何时会写到主内存中?这个时机对普通变量是没有规定的,而针对volatile修饰的变量给java虚拟机特殊的约定,线程对volatile变量的修改会立刻被其他线程所感知,即不会出现数据脏读的现象,从而保证数据的“可见性”。