Java併發編程實戰第一部分學習記錄

01 | 可見性、原子性和有序性問題：併發編程Bug的源頭

併發程序幕後的故事

源頭之一：緩存導致的可見性問題

源頭之二：線程切換帶來的原子性問題

源頭之三：編譯優化帶來的有序性問題

總結

02 | Java內存模型：看Java如何解決可見性和有序性問題

什麼是Java內存模型？

使用volatile的困惑

Happens-Before 規則

前面一個操作的結果對後續操作是可見的

程序的順序性規則
這條規則是指在一個線程中，按照程序順序，前面的操作 Happens-Before 於後續的任意操作。
volatile變量規則
這條規則是指對一個volatile變量的寫操作， Happens-Before 於後續對這個volatile變量的讀操作。
傳遞性
這條規則是指如果A Happens-Before B，且B Happens-Before C，那麼A Happens-Before C。
管程中鎖的規則
這條規則是指對一個鎖的解鎖 Happens-Before 於後續對這個鎖的加鎖。
線程 start() 規則
這條是關於線程啓動的。它是指主線程A啓動子線程B後，子線程B能夠看到主線程在啓動子線程B前的操作。
線程 join() 規則
這條是關於線程等待的。它是指主線程A等待子線程B完成（主線程A通過調用子線程B的join()方法實現），當子線程B完成後（主線程A中join()方法返回），主線程能夠看到子線程的操作。當然所謂的“看到”，指的是對共享變量的操作。

總結

在Java語言裏面，Happens-Before的語義本質上是一種可見性，A Happens-Before B 意味着A事件對B事件來說是可見的，無論A事件和B事件是否發生在同一個線程裏。例如A事件發生在線程1上，B事件發生在線程2上，Happens-Before規則保證線程2上也能看到A事件的發生。

03 | 互斥鎖（上）：解決原子性問題

那原子性問題到底該如何解決呢？

你已經知道，原子性問題的源頭是線程切換
“同一時刻只有一個線程執行”這個條件非常重要，我們稱之爲互斥。

簡易鎖模型

改進後的鎖模型

Java語言提供的鎖技術：synchronized

04 | 互斥鎖（下）：如何用一把鎖保護多個資源？

保護沒有關聯關係的多個資源

保護有關聯關係的多個資源

總結

“原子性”的本質是什麼？其實不是不可分割，不可分割只是外在表現，其本質是多個資源間有一致性的要求，操作的中間狀態對外不可見。

05 | 一不小心就死鎖了，怎麼辦？

如何預防死鎖

破壞佔用且等待條件
破壞不可搶佔條件
破壞循環等待條件

06 | 用“等待-通知”機制優化循環等待

用synchronized實現等待-通知機制

07 | 安全性、活躍性以及性能問題

那是不是所有的代碼都需要認真分析一遍是否存在這三個問題呢？當然不是，其實只有一種情況需要：存在共享數據並且該數據會發生變化，通俗地講就是有多個線程會同時讀寫同一數據。

併發編程中我們需要注意的問題有很多，很慶幸前人已經幫我們總結過了，主要有三個方面，分別是：安全性問題、活躍性問題和性能問題。

安全性問題

當多個線程同時訪問同一數據，並且至少有一個線程會寫這個數據的時候，如果我們不採取防護措施，那麼就會導致併發Bug，對此還有一個專業的術語，叫做數據競爭（Data Race）

競態條件，指的是程序的執行結果依賴線程執行的順序。

面對數據競爭和競態條件問題，又該如何保證線程的安全性呢？其實這兩類問題，都可以用互斥這個技術方案，而實現互斥的方案有很多，CPU提供了相關的互斥指令，操作系統、編程語言也會提供相關的API。從邏輯上來看，我們可以統一歸爲：鎖。

活躍性問題

所謂活躍性問題，指的是某個操作無法執行下去。我們常見的“死鎖”就是一種典型的活躍性問題，當然除了死鎖外，還有兩種情況，分別是“活鎖”和“飢餓”。

有時線程雖然沒有發生阻塞，但仍然會存在執行不下去的情況，這就是所謂的“活鎖”。
所謂“飢餓”指的是線程因無法訪問所需資源而無法執行下去的情況。

性能問題

Java SDK併發包裏之所以有那麼多東西，有很大一部分原因就是要提升在某個特定領域的性能。

總結

08 | 管程：併發編程的萬能鑰匙

什麼是管程

MESA模型

wait()的正確姿勢

notify()何時可以使用

總結

09 | Java線程（上）：Java線程的生命週期

通用的線程生命週期

Java中線程的生命週期

RUNNABLE與BLOCKED的狀態轉換
只有一種場景會觸發這種轉換，就是線程等待synchronized的隱式鎖
RUNNABLE與WAITING的狀態轉換
第一種場景，獲得synchronized隱式鎖的線程，調用無參數的Object.wait()方法
第二種場景，調用無參數的Thread.join()方法。
第三種場景，調用LockSupport.park()方法。調用LockSupport.park()方法，當前線程會阻塞，線程的狀態會從RUNNABLE轉換到WAITING。調用LockSupport.unpark(Thread thread)可喚醒目標線程，目標線程的狀態又會從WAITING狀態轉換到RUNNABLE。
RUNNABLE與TIMED_WAITING的狀態轉換
從NEW到RUNNABLE狀態，調用線程對象的start()方法
從RUNNABLE到TERMINATED狀態

那stop()和interrupt()方法的主要區別是什麼呢？

10 | Java線程（中）：創建多少線程纔是合適的？

爲什麼要使用多線程？

度量性能的指標有很多，但是有兩個指標是最核心的，它們就是延遲和吞吐量。

多線程的應用場景

創建多少線程合適？

CPU密集型的計算場景，理論上“線程的數量=CPU核數”就是最合適的。不過在工程上，線程的數量一般會設置爲“CPU核數+1”

對於I/O密集型計算場景，最佳線程數=CPU核數 * [ 1 +（I/O耗時 / CPU耗時）]

其實只要把握住一條原則就可以了，這條原則就是將硬件的性能發揮到極致。

11 | Java線程（下）：爲什麼局部變量是線程安全的？

方法是如何被執行的

局部變量存哪裏？

調用棧與線程

線程封閉

12 | 如何用面向對象思想寫好併發程序？

一、封裝共享變量

對於這些不會發生變化的共享變量，建議你用final關鍵字來修飾