Java 併發全局梳理

概述

隨着摩爾定律逐步失效，CPU 單核性能達到瓶頸，併發逐漸逐漸得到廣泛應用，因而學習瞭解以及使用併發就顯得十分重要。但併發相關的知識比較瑣碎，不易系統學習，因而本篇文章參照王寶令老師《Java 併發編程》來勾勒出一張 “併發全景圖”。

是什麼？

併發：同一時間段，多個任務都在執行 (單位時間內不一定同時執行)；

說到 併發，不得不提就是 並行：

並行：單位時間內，多個任務同時執行。

兩者大眼一看很像，仔細一想卻並不相同，因爲 並行 強調某個時間點多個任務同時執行，而 併發 強調的是一個時間段內多個任務都在執行。

怎麼做？

大部分併發問題，最終都可以抽象成三類問題分工、同步和互斥。而且針對不同的問題有着不同的方式來解決，具體如下圖所示：

分工

所謂 分工，類似於現實中一個組織完成一個項目，項目經理要拆分任務，安排合適的成員去完成。

在併發編程領域，你就是項目經理，線程就是項目組成員。任務分解和分工對於項目成敗非常關鍵，不過在併發領域裏，分工更重要，它直接決定了併發程序的性能，並且分工非常重要且複雜，因而 Java 併發包中有一系列方法來實現 分工：

基於分工思想設計的併發設計模式也有很多：

同步

而 同步 更多描述的是一種協同關係，在分完工之後，具體執行時，任務之間會有依賴，一個任務之後完成之後，其他依賴它的任務才能開始進行，因而就引入的 同步 來協同各個任務之間的執行順序。

針對該類問題，Java 也提供了一系列工具來輔助解決：

互斥

分工、同步主要爲了充分發掘 CPU 的性能來解決問題，但併發問題中，還需要解決正確性問題，即保證 線程安全。

當多個線程同時訪同一個變量時，最後執行的結果是不確定的，比如下邊這段代碼：

1public class UnsafeSequence {
2	private int value = 0;
3	public int getNext() {
4		return ++value;
5	}
6}

如果我們有多個線程同時調用 getNext() 時，多個線程之間推進順序的不同可能會有不同的執行結果：

可能會是 2，遞推順序如下：

可能結果是 1，代碼執行順序如下：

因而結果是不確定的，也就是說結果可能是正確的（比如上邊的程序執行結果爲 2），可能是錯誤的（比如執行結果是 1），執行前是不知道的。而導致不確定的主要源頭主要是三個問題可見性問題、有序性問題和原子性問題，爲了解決這三個問題，Java 引入了內存模型，內存模型提供一系列規則利用這些規則，我們可以避免可見性問題、有序性問題，但是還不足以完全解決線程安全問題。解決線程安全問題的核心方案還是 互斥。

所謂互斥，指的是同一時刻，只允許一個線程訪問共享變量。

實現互斥主要手段是互斥鎖主要包含下邊這些手段：

除此之外，未來提高速度，也有一些無鎖的方案：

總結

本文主要從分工、同步和互斥三類問題展開，從解決對應問題角度出發大致梳理了 Java 併發知識的學習前景圖。後續將分若干部分來講對應的內容。

引用

  1. 《深入理解 Java 虛擬機》

  2. 《Java 併發實戰》

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來源：https://mp.weixin.qq.com/s/-BXvlGAdkmtYRtGX7TM5TA

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