Java 并发编程

ゝ一世哀愁。 2022-01-11 05:05 273阅读 0赞

# Java 并发编程 #

## 前言 ##

并发编程可以总结为三个核心问题：

1.  分工：高效拆解任务并分配给线程
2.  同步：线程之间的合作
3.  互斥：同一时刻只允许一个线程访问共享资源。

分工、合作、不抢打印机。

Java SDK 并发包很大部分内容都是按照这三个维度组织的，如：

1.  Fork/Join 框架就是一种分工模式。
2.  CountDownLatch 就是一种典型的同步方式。
3.  可重入锁 就是一种互斥手段。

Java SDK 并发包不过是针对并发问题开发出来的解决问题的工具。

Java SDK 并发包其余部分则是：并发容器、原子类。（辅助工具）

问题背后的本质、起源，站在理论、模型的角度来看Java并发问题。这些问题可以用于其它语言。

## 怎么学好？ ##

1.  跳出来，看全景。
2.  钻进去，看本质。

### 1. 跳出来，看全景 ###

建立一张全景图

并发编程抽象成三个核心问题：

1.  分工
2.  同步
3.  互斥

**1.分工**

Java SDK 并发包里的 Executor 、 Fork/Join、Future 本质上都是一种分工方法。

并发编程领域还总结了一些设计模式：生产者/消费者、Thread-Per-Message、Worker Thread模式。

**2.同步**

线程间的协作问题。

一个线程执行完了一个任务，如何通知执行后续任务的线程开始。

Java SDK 并发包里的 Executor 、 Fork/Join、Future 本质上都是一种分工方法，同时也能解决线程间协作的问题。

Java SDK 中的 CountDownLatch、CyclicBarrier、Phaser、Exchanger也是用来解决线程协作问题的。

线程协作问题都可以描述为：

1.  当某个条件不满足时，线程需要等待。
2.  当某个条件满足时，线程需要被唤醒执行。

Java 并发编程领域，解决协作问题的核心技术是**管程**。

管程是一种解决并发问题的能用模型。

管程是解决并发问题的万能钥匙。

这部分内容的学习，关键是理解管程模型。

**3.互斥**

分工、同步主要强调的是性能，并发编程还有一个问题需要关注：正确性。专业术语叫“线程安全”。

导致不确定性问题的原因是：

1.  可见性问题
2.  有序性问题
3.  原子性问题

为了解决三个问题，Java语言引入了内存模型，内存模型提供了一系列的规则，利用这些规则，我们可以避免可见性问题，有序性问题，但还不足以完全解决线程安全问题。

解决线程安全问题的核心方案还是互斥。

互斥：指同一时刻，只允许一个线程访问共享变量（一个人使用打印机）。

实现互斥的核心技术就是锁， Java语言中的 synchronized、SDK里的各种Lock都能解决互斥问题。

虽然解决了安全性问题，但同时也带来了性能问题。

怎么保证安全性的同时，又尽可能提高性能呢？

可以分场景优化，Java SDK里提供的 ReadWriteLock、StampedLock 就可以优化读多写少场景下锁的性能。还可以使用无锁的数据结构，例如Java SDK里提供的原子类都是基于无锁技术实现的。

还有一些其它的方案，原理是不共享变量或者变量只允许读。这方面，Java提供了Thread Local和final 关键字，还有一种 Copy-on-write 的模式。

使用锁，除了注意性能问题，还需要注意死锁问题。

理解可见性：需要了解一些CPU和缓存的知识  
理解原子性：需要理解一些操作系统的知识  
无锁算法的实现：需要理解CPU缓存的知识

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2plaWtlcnhpYW8_size_16_color_FFFFFF_t_70]

### 2. 钻进去，看本质 ###

工程上的解决方案，一定要有理论做基础。

## 总结 ##

并发知识要成体系的学习。

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