方鹏飞 魏鹏 程晓明 机械工业出版社 2020 年 12 月第 1 版

第 1 章 并发编程的挑战 (多线程会出现什么问题)

  • 上下文切换过多, 解决: 1) 无锁; 2) CAS; 3) 减少线程; 4) 协程;

    1## 查看线程 dump 信息:
2grep java.lang.Thread.State %{stack.dump} | awk '{print $2$3$4$5}' | sort | uniq -c

  • 死锁

  • 软硬件资源限制

第 2 章 Java 并发机制的底层实现原理 (多线程相关操作)

volatile

  • 将当前处理器的缓存行回写到内存;
  • 使其他处理器缓存了该内存地址的数据无效;

synchronized

  • 插入字节码 monitorenter 和 monitorexit
  • 锁保存在对象头中

锁

  • 偏向锁: 同一线程不需要进行 CAS 操作来加锁和解锁
  • 轻量级锁: 使用 CAS 来加锁和解锁, 获取锁不成功时, 会自旋等待
  • 重量级锁: 使用 monitor, 获取锁不成功时, 挂起线程

原子操作

  • CAS
  • ABA 问题, 使用版本号解决, AtmoicStampedReference

第 3 章 Java 内存模型 (JVM 如何支持多线程) —- 重点

线程之间如何通信
  • 共享内存（Java采用）
  • 消息传递
指令重排
  • 编译器优化的重排（编译器重排）
  • 指令级并行的重排（处理器重排）
  • 内存系统的重排（处理器重排）
数据依赖性
  • 写后读
  • 写后写
  • 读后写
内存屏障（禁止处理器重排）
  • LoadLoad：装载先于装载
  • StoreStore：存储先于存储
  • LoadStore：装载先于存储
  • StoreLoad：同时具备以上效果
happens-before规则
  • 源于JSR-133（JDK5），the first is visible to and ordered before the scond
  • 程序顺序规则：一个线程中的每个操作，happens-before 于该线程中的后续操作
  • monitor锁规则：一个锁的解锁，happens-before 于对这个锁的加锁
  • volatile变量规则：volatile变量的写，happens-before 于同一个 volatile 变量的读
  • start() 规则：线程 A 的 ThreadB.start() 操作，happens-before 于线程 B 中的任意操作
  • join() 规则：线程 B 的任意操作，happens-before 于线程 A 的 ThreadB.join() 操作
  • 传递性
volatile的内存语义
  • volatile的写相当于线程发送消息（变量刷新到主内存）
  • volatile的读相当于线程接收消息（从主内存中读取变量）
锁的内存语义
  • 锁的释放相当于线程发送消息（变量刷新到主内存）
  • 锁的获取相当于线程接收消息（从主内存中读取变量）
concurrent包的实现
  • 声明共享变量为volatile
  • 使用 CAS 的原子条件更新来实现线程之间的同步
  • 配合 volatile 的读/写和 CAS 所具有的 volatile 读写内存语义来实现线程之间的通信
final的内存语义
  • 构造函数内对一个 final 域的写入，happens-before 于把这个被构造对象的引用赋值给一个引用变量
  • 初次读一个包含 final 域的对象的引用，happens-before 于初次读这个 final 域
双重检查锁定（DCL）的问题
  • 创建对象可以分解为三个指令，1）分配内存；2）初始化；3）赋值给引用变量
  • 指令2 和 指令3 可能出现重排，导致线程拿到未初始化的对象
解决 DCL 问题
  • 使用volatile，禁止指令重排
  • 使用类初始化机制
JMM（Java 内存模型）
  • JMM屏蔽了不同处理器内存模型的差异，为程序员呈现一个一致的内存模型

第 4 章 Java 并发编程基础 (线程的实现)

线程的状态
  • NEW：初始状态
  • RUNNABLE：运行状态（RUNNING、READY）
  • BLOCKED：阻塞状态，线程阻塞于锁，线程处在对象的同步队列中
  • WAITING：等待状态，等待其他线程通知或中断，线程处在对象的等待队列中
  • TIME_WAITING：超时等待状态
  • TERMINATED：终止状态

启动和终止线程
  • 子线程会继承父线程的daemon、priority、inheritableThreadLocal
  • suspend()、resume() 调用后不会释放锁，因此弃用，使用 wait()、notify() 替代
  • stop() 调用后不会保证线程资源的正常释放，因此弃用，使用 interrupt() 替代
等待/通知机制
  • wait()、notify()、notifyAll() 调用前需要先对调用对象加锁
  • wait() 调用后，释放锁，将当前线程放入对象的等待队列
  • notify()、notifyAll() 调用后，不会释放锁，将等待队列中的线程移到同步队列
  • wait() 方法返回的前提是重新获得调用对象的锁

第 5 章 Java 中的锁

队列同步器（AQS）
  • 面向同步工具的实现者
  • 提供同步状态管理、线程的排队、等待与唤醒等底层操作
  • 维护一个FIFO双向队列来管理线程
  • 可创建多个条件等待队列
实现
  • 定义内部类继承 AQS 并实现它的抽象方法，利用 AQS 实现锁的语义
  • 重入锁
  • 读写锁

第 6 章 Java 并发容器和框架

ConcurrentHashMap
  • HashMap 在并发执行 put 操作时会导致 Entry 链表出现环，形成死循环
  • 锁分段技术有效提升并发访问率
ConcurrentLinkedQueue
  • 使用循环 CAS 的方式实现非阻塞式线程安全队列
阻塞队列
  • ArrayBlockingQueue：由数组组成的有界阻塞队列
  • LinkedBlockingQueue：由链表组成的无界阻塞队列
  • PriorityBlockingQueue：支持优先级排序的无界阻塞队列
  • DelayQueue：使用优先级队列实现的无界阻塞队列，支持延时获取元素
  • SynchronousQueue：不存储元素的阻塞队列
  • LinkedTransferQueue：：由链表组成的无界阻塞队列
  • LinkedBlockingDeque：：由链表组成的双向阻塞队列
Fork/Join 框架
  • 某个线程从其他队列里窃取任务来执行

第 7 章 Java 中的原子操作类

原子更新基本类型
  • AtomicBoolean
  • AtomicInteger
  • AtomicLong
原子更新数组
  • AtomicIntegerArray
  • AtomicLongArray
  • AtomicReferenceArray
原子更新引用类型
  • AtomicReference
  • AtomicReferenceFieldUpdater
  • AtomicMarkableReference
原子更新字段
  • AtomicIntegerFieldUpdater
  • AtomicLongFieldUpdater
  • AtomicStampedReference

第 8 章 Java 中的并发工具类

  • CountDownLatch：允许一个或多个线程等待其他线程完成操作
  • CyclicBarrier：让一组线程到达一个屏障时被阻塞，直到最后一个线程到达
  • Semaphore：控制同时访问特定资源的线程数量
  • Exchanger：线程之间通过同步点彼此交换数据

第 9 章 Java 中的线程池 (ThreadPoolExecutor)

任务队列（用于保存等待执行的任务的阻塞队列）
  • ArrayBlockingQueue
  • LinkedBlockingQueue
  • SynchronousQueue
  • PriorityBlockingQueue
拒绝策略（队列和线程池饱满后对新任务的策略）
  • AbortPolicy：直接抛出异常
  • CallerRunsPolicy：只用调用者所在的线程来执行任务
  • DiscardOldPolicy：丢弃队列里最近的一个任务，并执行当前任务
  • DiscardPolicy：不处理，直接丢弃

第 10 章 Executor 框架 (线程池框架)

  • Executor：基础接口，将任务的提交和任务的执行分离开来
  • ThreadPoolExecutor：实现Executor，用来执行被提交的任务
  • Runnable 和 Callable：被执行的任务
  • Future 和 FutureTask：任务执行结果

第 11 章 Java 并发编程实践 (应用与问题定位)

  • 生产者和消费者模式
  • 异步任务池