看懂血赚！JDK源码剖析及大型网站技术架构与业务架构融合之道

原创于 2023-02-02 10:24:27 发布 · 225 阅读

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本文全面剖析Java的Concurrent包，从多线程基础到高级并发工具，涵盖Atomic类、Lock与Condition、同步工具、并发容器、线程池和ForkJoinPool，以及JDK8引入的CompletableFuture。通过源码分析，帮助读者理解并发原理，选择合适的并发解决方案，提升并发编程能力。

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。

本文基于JDK 7和JDK 8，对整个Concurrent包进行全面的源码剖析。JDK 8中大部分并发功能的实现和JDK 7一样，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

1.2 InterruptedException（）函数与interrupt（）函数

1.3 synchronized关键字

1.4 wait（）与notify（）

1.5 volatile关键字

1.6 JMM与happen-before

1.7 内存屏障

1.8 final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：

2.1 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与LongAdder

第3章 Lock与Condition

3.1 互斥锁

3.2 读写锁

3.3 Condition

3.4 StampedLock

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。

4.1 Semaphore

4.2 CountDownLatch

4.3 CyclicBarrier

4.4 Exchanger

4.5 Phaser

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。

5.1 BlockingQueue

5.2 BlockingDeque

5.3 CopyOnWrite

5.4 ConcurrentLinkedQueue/Deque

5.5 ConcurrentHashMap

5.6 ConcurrentSkipListMap/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

6.3 ThreadPoolExector

6.4 Callable与Future

6.5 ScheduledThreadPoolExecutor

6.6 Executors工具类

第7章 ForkJoinPool

7.1 ForkJoinPool用法

7.2 核心数据结构

7.3 工作窃取队列

7.4 ForkJoinPool状态控制

7.5 Worker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

7.8 ForkJoinTask的fork/join

7.9 ForkJoinPool的优雅关闭

第8章 CompletableFuture

从JDK 8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。