Java并发编程的艺术

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《Java并发编程的艺术》正是为了解决这个问题而写的。书中采用循序渐进的讲解方式，从并发编程的底层实现机制入手，逐步介绍了在设计Java并发程序时各种重要的技术、设计模式与应用，同时辅以丰富的示例代码，使得开发人员能够更快地领悟Java并发编程的要领，围绕着Java平台的基础并发功能快速地构建大规模的并发应用程序。

作者简介

方腾飞(花名清英，英文名kral)，蚂蚁金服集团技术专家，从事Java开发近10年。5年以上的团队管理、项目管理和敏捷开发经验，崇尚团队合作。曾参与CMS、电子海图、SOC、ITIL、电子商务网站和信贷管理系统等项目。目前在蚂蚁金服网商银行贷款管理团队负责数据采集平台开发工作。与同事合作开发了tala code Review插件，深受阿里数千名工程师拥趸，并开发过开源工具jdbcutil(https，组织翻译了百余篇国外优秀技术文章，并曾为InfoQ撰写“聊聊并发”专栏，在《程序员》杂志撰写敏捷实践系列文章。魏鹏，阿里巴巴集团技术专家，在阿里巴巴网站技术部工作多年，曾担任网站交易平台架构师，主导了交易系统服务化工作，设计实现的数据迁移系统高效地完成了阿里巴巴网站交易数据到阿里巴巴集团的迁移工作。目前在阿里巴巴共享业务事业部从事Java应用容器Pandora和服务框架HSF的相关工作，其中Java应用容器Pandora是阿里巴巴中间件运行的基础，而服务框架HSF则是阿里巴巴集团实现服务化的主要解决方案，二者在阿里巴巴拥有为广泛的使用量。个人平时喜欢阅读技术书籍，翻译一些国外优秀文档，喜欢总结、乐于分享，对Java应用容器、多线程编程以及分布式系统感兴趣。程晓明，1号店资深架构师，从事1号店交易平台系统的开发，技术上关注并发与NIO。因5年前遇到的一个线上故障，解决过程中对Java并发编程产生了浓厚的兴趣，从此开始了漫长的探索之旅：从底层实现机制、内存模型到Java同步。纵观我自己对Java并发的学习过程.是一个从高层到底层再到高层的一个反复迭代的过程，我估计很多读者的学习过程应该与我类似。文章多见诸《IBM developer Works》、InfoQ和《程序员》杂志。

目录

前言

第1章并发编程的挑战1

1.1上下文切换1

1.1.1多线程一定快吗1

1.1.2测试上下文切换次数和时长3

1.1.3如何减少上下文切换3

1.1.4减少上下文切换实战4

1.2死锁5

1.3资源限制的挑战6

1.4本章小结7

第2章Java并发机制的底层实现原理8

2.1volatile的应用8

2.2synchronized的实现原理与应用11

2.2.1Java对象头12

2.2.2锁的升级与对比13

2.3原子操作的实现原理16

2.4本章小结20

第3章Java内存模型21

3.1Java内存模型的基础21

3.1.1并发编程模型的两个关键问题21

3.1.2Java内存模型的抽象结构22

3.1.3从源代码到指令序列的重排序23

3.1.4并发编程模型的分类24

3.1.5happens—before简介26

3.2重排序27

3.2.1数据依赖性28

3.2.2as—if—serial语义28

3.2.3程序顺序规则29

3.2.4重排序对多线程的影响29

3.3顺序一致性31

3.3.1数据竞争与顺序一致性31

3.3.2顺序一致性内存模型32

3.3.3同步程序的顺序一致性效果34

3.3.4未同步程序的执行特性35

3.4volatile的内存语义38

3.4.1volatile的特性38

3.4.2volatile写—读建立的happens—before关系39

3.4.3volatile写—读的内存语义40

3.4.4volatile内存语义的实现42

3.4.5JSR—133为什么要增强volatile的内存语义46

3.5锁的内存语义47

3.5.1锁的释放—获取建立的

happens—before关系47

3.5.2锁的释放和获取的内存语义48

3.5.3锁内存语义的实现50

3.5.4concurrent包的实现54

3.6final域的内存语义55

3.6.1final域的重排序规则55

3.6.2写final域的重排序规则56

3.6.3读final域的重排序规则57

3.6.4final域为引用类型58

3.6.5为什么final引用不能从构造函数内“溢出”59

3.6.6final语义在处理器中的实现61

3.6.7JSR—133为什么要增强f？inal的语义62

3.7happens—before62

3.7.1JMM的设计62

3.7.2happens—before的定义64

3.7.3happens—before规则65

3.8双重检查锁定与延迟初始化67

3.8.1双重检查锁定的由来67

3.8.2问题的根源69

3.8.3基于volatile的解决方案71

3.8.4基于类初始化的解决方案72

3.9Java内存模型综述78

3.9.1处理器的内存模型78

3.9.2各种内存模型之间的关系80

3.9.3JMM的内存可见性保证80

3.9.4JSR—133对旧内存模型的修补81

3.10本章小结82

第4章Java并发编程基础83

4.1线程简介83

4.1.1什么是线程83

4.1.2为什么要使用多线程84

4.1.3线程优先级85

4.1.4线程的状态87

4.1.5Daemon线程90

4.2启动和终止线程91

4.2.1构造线程91

4.2.2启动线程92

4.2.3理解中断92

4.2.4过期的suspend（）、resume（）和stop（）93

4.2.5安全地终止线程95

4.3线程间通信96

4.3.1volatile和synchronized关键字96

4.3.2等待/通知机制98

4.3.3等待/通知的经典范式101

4.3.4管道输入/输出流102

4.3.5Thread.join（）的使用103

4.3.6ThreadLocal的使用105

4.4线程应用实例106

4.4.1等待超时模式106

4.4.2一个简单的数据库连接池示例106

4.4.3线程池技术及其示例110

4.4.4一个基于线程池技术的简单Web服务器114

4.5本章小结118

第5章Java中的锁119

5.1Lock接口119

5.2队列同步器121

5.2.1队列同步器的接口与示例121

5.2.2队列同步器的实现分析124

5.3重入锁136

5.4读写锁140

5.4.1读写锁的接口与示例141

5.4.2读写锁的实现分析142

5.5LockSupport工具146

5.6Condition接口147

5.6.1Condition接口与示例148

5.6.2Condition的实现分析150

5.7本章小结154

第6章Java并发容器和框架155

6.1ConcurrentHashMap的实现原理与使用155

6.1.1为什么要使用ConcurrentHashMap155

6.1.2ConcurrentHashMap的结构156

6.1.3ConcurrentHashMap的初始化157

6.1.4定位Segment159

6.1.5ConcurrentHashMap的操作160

6.2ConcurrentLinkedQueue161

6.2.1ConcurrentLinkedQueue的结构162

6.2.2入队列162

6.2.3出队列165

6.3Java中的阻塞队列167

6.3.1什么是阻塞队列167

6.3.2Java里的阻塞队列168

6.3.3阻塞队列的实现原理172

6.4Fork/Join框架175

6.4.1什么是Fork/Join框架175

6.4.2工作窃取算法176

6.4.3Fork/Join框架的设计177

6.4.4使用Fork/Join框架177

6.4.5Fork/Join框架的异常处理179

6.4.6Fork/Join框架的实现原理179

6.5本章小结181

第7章Java中的13个原子操作类182

7.1原子更新基本类型类182

7.2原子更新数组184

7.3原子更新引用类型185

7.4原子更新字段类187

7.5本章小结188

第8章Java中的并发工具类189

8.1等待多线程完成的CountDownLatch189

8.2同步屏障CyclicBarrier191

8.2.1CyclicBarrier简介191

8.2.2CyclicBarrier的应用场景193

8.2.3CyclicBarrier和CountDownLatch的区别195

8.3控制并发线程数的Semaphore196

8.4线程间交换数据的Exchanger198

8.5本章小结199

第9章Java中的线程池200

9.1线程池的实现原理200

9.2线程池的使用203

9.2.1线程池的创建203

9.2.2向线程池提交任务205

9.2.3关闭线程池205

9.2.4合理地配置线程池206

9.2.5线程池的监控206

9.3本章小结207

第10章Executor框架208

10.1Executor框架简介208

10.1.1Executor框架的两级调度模型208

10.1.2Executor框架的结构与成员208

10.2ThreadPoolExecutor详解213

10.2.1FixedThreadPool详解213

10.2.2SingleThreadExecutor详解214

10.2.3CachedThreadPool详解215

10.3ScheduledThreadPoolExecutor详解217

10.3.1ScheduledThreadPoolExecutor的运行机制217

10.3.2ScheduledThreadPoolExecutor的实现218

10.4FutureTask详解221

10.4.1FutureTask简介222

10.4.2FutureTask的使用222

10.4.3FutureTask的实现224

10.5本章小结227

第11章Java并发编程实践228

11.1生产者和消费者模式228

11.1.1生产者消费者模式实战229

11.1.2多生产者和多消费者场景231

11.1.3线程池与生产消费者模式234

11.2线上问题定位234

11.3性能测试236

11.4异步任务池238

11.5本章小结240