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”。

并发容器之ArrayBlockingQueue和LinkedBlockingQueue实现原理详解

在多线程编程过程中,为了业务解耦和架构设计,经常会使用并发容器用于存储多线程间的共享数据,这样不仅可以保证线程安全,还可以简化各个线程操作。例如在“生产者-消费者”问题中,会使用阻塞队列(BlockingQueue)作为数据容器,关于BlockingQueue可以[看这篇文章](https://www.jianshu.com/p/c422ed5ea9ce)。为了加深对阻塞队列的理解,唯一的方式是对其实验原理进行理解,这篇文章就主要来看看ArrayBlockingQueue和LinkedBlockingQueue的实现原理。

并发容器之BlockingQueue

在实际编程中,会经常使用到JDK中Collection集合框架中的各种容器类如实现List,Map,Queue接口的容器类,但是这些容器类基本上不是线程安全的,除了使用Collections可以将其转换为线程安全的容器,Doug Lea大师为我们都准备了对应的线程安全的容器,如实现List接口的CopyOnWriteArrayList([关于CopyOnWriteArrayList可以看这篇文章](https://www.jianshu.com/p/24ae1d6e3ce0)),实现Map接口的ConcurrentHashMap([关于ConcurrentHashMap可以看这篇文章](https://www.jianshu.com/p/c02a5627d0a5)),实现Queue接口的ConcurrentLinkedQueue([关于ConcurrentLinkedQueue可以看这篇文章](https://www.jianshu.com/p/001c45716232))。

并发容器之CopyOnWriteArrayList

java学习者都清楚ArrayList并不是线程安全的,在读线程在读取ArrayList的时候如果有写线程在写数据的时候,基于fast-fail机制,会抛出**ConcurrentModificationException**异常,也就是说ArrayList并不是一个线程安全的容器,当然您可以用Vector,或者使用Collections的静态方法将ArrayList包装成一个线程安全的类,但是这些方式都是采用java关键字synchronzied对方法进行修饰,利用独占式锁来保证线程安全的。但是,由于独占式锁在同一时刻只有一个线程能够获取到对象监视器,很显然这种方式效率并不是太高。

大白话说java并发工具类-CountDownLatch,CyclicBarrier

在多线程协作完成业务功能时,有时候需要等待其他多个线程完成任务之后,主线程才能继续往下执行业务功能,在这种的业务场景下,通常可以使用Thread类的join方法,让主线程等待被join的线程执行完之后,主线程才能继续往下执行。当然,使用线程间消息通信机制也可以完成。其实,java并发工具类中为我们提供了类似“倒计时”这样的工具类,可以十分方便的完成所说的这种业务场景。

大白话说java并发工具类-Semaphore,Exchanger

Semaphore可以理解为**信号量**,用于控制资源能够被并发访问的线程数量,以保证多个线程能够合理的使用特定资源。Semaphore就相当于一个许可证,线程需要先通过acquire方法获取该许可证,该线程才能继续往下执行,否则只能在该方法出阻塞等待。当执行完业务功能后,需要通过`release()`方法将许可证归还,以便其他线程能够获得许可证继续执行。

线程池ThreadPoolExecutor实现原理

在实际使用中,线程是很占用系统资源的,如果对线程管理不善很容易导致系统问题。因此,在大多数并发框架中都会使用**线程池**来管理线程,使用线程池管理线程主要有如下好处

线程池之ScheduledThreadPoolExecutor

ScheduledThreadPoolExecutor可以用来在给定延时后执行异步任务或者周期性执行任务,相对于任务调度的Timer来说,其功能更加强大,Timer只能使用一个后台线程执行任务,而ScheduledThreadPoolExecutor则可以通过构造函数来指定后台线程的个数。