前言

並行程式設計可選擇的方式有多程序、多執行緒和多協程。對於Java來說，它既不像C++那樣，在執行中呼叫Linux的系統API去「fork」出多個程序；也不像Go那樣，在語言層面原生提供多協程。在Java中，並行就是多執行緒模式。

本文基於JDK 7和JDK 8，對整個Concurrent包進行全面的原始碼剖析。JDK 8中大部分並行功能的實現和JDK 7一樣，但新增了一些額外特性。例如CompletableFuture、ConcurrentHashMap的新實現、StampedLock、LongAdder等。

對整個Concurrent包的原始碼進行分析，有以下幾個目的：

• （1）幫助使用者合理地選擇解決方案。Concurrent包很龐大，有各式各樣的執行緒互斥與同步機制。明白實現原理，使用者可以根據自己的業務場景，選擇最適合自己的解決方案。避免重複造輪子，也避免因為使用不當而掉到「坑」裡。
• （2）對原始碼的分析，將讓使用者對記憶體屏障、CAS原子操作、鎖、無鎖等底層原理的認識，不再停留於一個「似是而非」的階段，而是深刻地認識其本質。
• （3）吸收借鑑大師的思維。在 Concurrent 包中，可以看到各種巧妙的並行處理策略。看了Concurrent包，才會發現在多執行緒中，不是隻有簡陋的互斥鎖、通知機制和執行緒池。

本文將從多執行緒基礎知識講起，逐步地深入整個Concurrent包。讀完本書，你將對多執行緒的原理、各種並行的設計原理有一個全面而深刻的理解。

第1章 多執行緒基礎

• 1.1 執行緒的優雅關閉
• 1.2 InterruptedException（）函數與interrupt（）函數
• 1.3 synchronized關鍵字
• 1.4 wait（）與notify（）
• 1.5 volatile關鍵字
• 1.6 JMM與happen-before
• 1.7 記憶體屏障
• 1.8 final關鍵字
• 1.9 綜合應用：無鎖程式設計

 

第2章 Atomic類

從本章開始，我們將從簡單到複雜，從底層到上層，一步步剖析整個 Concurrent 包的層次體系，如圖所示：

 

• 2.1 AtomicInteger和AtomicLong
• 2.2 AtomicBoolean和AtomicReference
• 2.3 AtomicStampedReference和AtomicMarkableReference
• 2.4 AtomicIntegerFieldUpdater、AtomicLongFieldUpdater和AtomicReferenceFieldUpdater
• 2.5 AtomicIntegerArray、AtomicLongArray和Atomic-ReferenceArray
• 2.6 Striped64與LongAdder

 

第3章 Lock與Condition

• 3.1 互斥鎖
• 3.2 讀寫鎖
• 3.3 Condition
• 3.4 StampedLock

 

第4章 同步工具類

除了鎖與 Condition，Concurrent 包還提供了一系列同步工具類。這些同步工具類的原理，有些也是基於AQS的，有些則需要特殊的實現機制，這一章將對所有同步工具類的實現原理進行剖析。

• 4.1 Semaphore
• 4.2 CountDownLatch
• 4.3 CyclicBarrier
• 4.4 Exchanger
• 4.5 Phaser

 

第5章 並行容器

在Lock和Phaser的實現中，已經介紹了基於CAS實現的無鎖佇列和無鎖棧。本章將全面介紹Concurrent包提供的各種並行容器。

• 5.1 BlockingQueue
• 5.2 BlockingDeque
• 5.3 CopyOnWrite
• 5.4 ConcurrentLinkedQueue/Deque
• 5.5 ConcurrentHashMap
• 5.6 ConcurrentSkipListMap/Set

 

第6章 執行緒池與Future

• 6.1 執行緒池的實現原理
• 6.2 執行緒池的類繼承體系
• 6.3 ThreadPoolExector
• 6.4 Callable與Future
• 6.5 ScheduledThreadPoolExecutor
• 6.6 Executors工具類

 

第7章 ForkJoinPool

• 7.1 ForkJoinPool用法
• 7.2 核心資料結構
• 7.3 工作竊取佇列
• 7.4 ForkJoinPool狀態控制
• 7.5 Worker執行緒的阻塞—喚醒機制
• 7.6 任務的提交過程分析
• 7.7 工作竊取演演算法：任務的執行過程分析
• 7.8 ForkJoinTask的fork/join
• 7.9 ForkJoinPool的優雅關閉

 

第8章 CompletableFuture

從JDK 8開始，在Concurrent包中提供了一個強大的非同步程式設計工具CompletableFuture。在JDK8之前，非同步程式設計可以通過執行緒池和Future來實現，但功能還不夠強大。CompletableFuture的出現，使Java的非同步程式設計能力向前邁進了一大步。在探討CompletableFuture的原理之前，先詳細看一下CompletableFuture的用法，從這些用法中，可以看到相較之前的Future有哪些能力得到了提升。

• 8.1 CompletableFuture用法
• 8.2 四種任務原型
• 8.3 CompletionStage介面
• 8.4 CompletableFuture內部原理
• 8.5 任務的網狀執行：有向無環圖
• 8.6 allOf內部的計算圖分析

 

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