前言
并发编程可选择的方式有多进程、多线程和多协程。对于Java来说,它既不像C++那样,在运行中调用Linux的系统API去“fork”出多个进程;也不像Go那样,在语言层面原生提供多协程。在Java中,并发就是多线程模式。
对于人脑的认知来说,“代码一行行串行”当然最容易理解。但在多线程下,多个线程的代码交叉并行,要访问互斥资源,要互相通信。作为开发者,需要仔细设计线程之间的互斥与同步,稍不留心,就会写出非线程安全的代码。正因此,多线程编程一直是一个被广泛而深入讨论的领域。
在JDK1.5发布之前,Java只在语言级别上提供一些简单的线程互斥与同步机制,也就是synchronized关键字、wait与notify。如果遇到复杂的多线程编程场景,就需要开发者基于这些简单的机制解决复杂的线程同步问题。而从JDK1.5开始,并发编程大师DougLea奉上了一个系统而全面的并发编程框架——JDKConcurrent包,里面包含了各种原子操作、线程安全的容器、线程池和异步编程等内容。
本文基于JDK7和JDK8,对整个Concurrent包进行全面的源码剖析。JDK8中大部分并发功能的实现和JDK7一样,但新增了一些额外特性。例如CompletableFuture、ConcurrentHashMap的新实现、StampedLock、LongAdder等。
对整个Concurrent包的源码进行分析,有以下几个目的:
(1)帮助使用者合理地选择解决方案。Concurrent包很庞大,有各式各样的线程互斥与同步机制。明白实现原理,使用者可以根据自己的业务场景,选择最适合自己的解决方案。避免重复造轮子,也避免因为使用不当而掉到“坑”里。(2)对源码的分析,将让使用者对内存屏障、CAS原子操作、锁、无锁等底层原理的认识,不再停留于一个“似是而非”的阶段,而是深刻地认识其本质。(3)吸收借鉴大师的思维。在Concurrent包中,可以看到各种巧妙的并发处理策略。看了Concurrent包,才会发现在多线程中,不是只有简陋的互斥锁、通知机制和线程池。本文将从多线程基础知识讲起,逐步地深入整个Concurrent包。读完本书,你将对多线程的原理、各种并发的设计原理有一个全面而深刻的理解。
第1章多线程基础
1.1线程的优雅关闭1.2InterruptedException()函数与interrupt()函数1.3synchronized关键字1.4wait()与notify()1.5volatile关键字1.6JMM与happen-before1.7内存屏障1.8final关键字1.9综合应用:无锁编程
第2章Atomic类
从本章开始,我们将从简单到复杂,从底层到上层,一步步剖析整个Concurrent包的层次体系,如图所示:
2.1AtomicInteger和AtomicLong2.2AtomicBoolean和AtomicReference2.3AtomicStampedReference和AtomicMarkableReference2.4AtomicIntegerFieldUpdater、AtomicLongFieldUpdater和AtomicReferenceFieldUpdater2.5AtomicIntegerArray、AtomicLongArray和Atomic-ReferenceArray2.6Striped64与LongAdder
第3章Lock与Condition
3.1互斥锁3.2读写锁3.3Condition3.4StampedLock
第4章同步工具类
除了锁与Condition,Concurrent包还提供了一系列同步工具类。这些同步工具类的原理,有些也是基于AQS的,有些则需要特殊的实现机制,这一章将对所有同步工具类的实现原理进行剖析。
4.1Semaphore4.2CountDownLatch4.3CyclicBarrier4.4Exchanger4.5Phaser
第5章并发容器
在Lock和Phaser的实现中,已经介绍了基于CAS实现的无锁队列和无锁栈。本章将全面介绍Concurrent包提供的各种并发容器。
5.1BlockingQueue5.2BlockingDeque5.3CopyOnWrite5.4ConcurrentLinkedQueue/Deque5.5ConcurrentHashMap5.6ConcurrentSkipListMap/Set
第6章线程池与Future
6.1线程池的实现原理6.2线程池的类继承体系6.3ThreadPoolExector6.4Callable与Future6.5ScheduledThreadPoolExecutor6.6Executors工具类
第7章ForkJoinPool
7.1ForkJoinPool用法7.2核心数据结构7.3工作窃取队列7.4ForkJoinPool状态控制7.5Worker线程的阻塞—唤醒机制7.6任务的提交过程分析7.7工作窃取算法:任务的执行过程分析7.8ForkJoinTask的fork/join7.9ForkJoinPool的优雅关闭
第8章CompletableFuture
从JDK8开始,在Concurrent包中提供了一个强大的异步编程工具CompletableFuture。在JDK8之前,异步编程可以通过线程池和Future来实现,但功能还不够强大。CompletableFuture的出现,使Java的异步编程能力向前迈进了一大步。在探讨CompletableFuture的原理之前,先详细看一下CompletableFuture的用法,从这些用法中,可以看到相较之前的Future有哪些能力得到了提升。
8.1CompletableFuture用法8.2四种任务原型8.3CompletionStage接口8.4CompletableFuture内部原理8.5任务的网状执行:有向无环图8.6allOf内部的计算图分析
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