Java并发编程基础

一、Java并发编程核心概念

  1. 线程基础

    • 创建方式：继承《Thread》类、实现《Runnable》接口、使用《Callable》与《Future》。
    • 生命周期：新建（New）、就绪（Runnable）、运行（Running）、阻塞（Blocked）、终止（Terminated）。
    • 同步机制：
      • synchronized关键字（方法同步/代码块同步）
      • 《ReentrantLock》显式锁（支持可中断锁、公平锁）。

  2. Java内存模型（JMM）

    • 原子性、可见性、有序性：通过volatile保证可见性（禁止指令重排）、synchronized保证原子性。
    • Happens-Before原则：程序顺序、锁释放、volatile变量写入等规则确保操作顺序。
    • 内存屏障：Load Barrier（防止读超前）、Store Barrier（防止写滞后）。

二、并发工具类与线程池

  1. 并发工具类

    • 同步工具：
      • 《CountDownLatch》（等待多线程完成）
      • 《CyclicBarrier》（线程同步屏障）
      • 《Semaphore》（限流信号量）。
    • 原子类：《AtomicInteger》基于CAS（Compare-And-Swap）实现无锁线程安全。

  2. 线程池优化

    • 核心参数：核心线程数、最大线程数、任务队列（如《LinkedBlockingQueue》）、拒绝策略。
    • 线程池类型：
      • FixedThreadPool（固定大小）
      • CachedThreadPool（弹性扩容）
      • ForkJoinPool（分治任务）。
    • 监控与调优：通过ThreadPoolExecutor的beforeExecute()/afterExecute()钩子函数。

三、高级并发模式与问题解决

  1. 设计模式应用

    • 生产者-消费者模式：使用《BlockingQueue》实现线程安全通信。
    • 读写锁分离：《ReadWriteLock》提升读多写少场景性能。

  2. 常见并发问题

    • 死锁：避免策略包括锁顺序一致性、超时机制（tryLock()）。
    • 活锁与饥饿：公平锁（ReentrantLock(true)）解决资源饥饿。
    • 性能瓶颈：
      • 减少锁粒度（如《ConcurrentHashMap》分段锁）
      • 无锁编程（Disruptor框架）。

四、分布式并发与扩展技术

  1. 分布式锁

    • 基于Redis的SETNX命令或RedLock算法。
    • ZooKeeper临时节点实现分布式协调。

  2. 响应式编程

    • 《Project Reactor》框架结合非阻塞I/O（如Netty）。

  3. JVM调优

    • 堆内存设置（-Xmx）、GC算法选择（G1/ZGC减少STW）。

总结

Java高并发编程需掌握线程管理、内存模型、工具类及设计模式四大核心：

  1. 基础：线程生命周期与同步机制（synchronized/Lock）是基石。
  2. 工具：线程池配置与并发容器（如《CopyOnWriteArrayList》）优化性能。
  3. 实践：通过生产者-消费者模型、分布式锁解决实际场景问题。
  4. 扩展：结合响应式编程与JVM调优应对高并发挑战。

推荐深入学习《Java并发编程实战》与《深入理解Java并发编程》。

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