Java高并发核心编程 卷2(加强版):多线程、锁、JMM、JUC、高并发设计模式

第1章 多线程原理与实战 1

1.1 两个技术面试故事 1

1.2 无处不在的进程和线程 2

1.2.1 进程的基本原理 3

1.2.2 线程的基本原理 4

1.2.3 进程与线程的区别 7

1.3 创建线程的4种方法 7

1.3.1 Thread类详解 8

1.3.2 创建一个空线程 10

1.3.3 线程创建方法一：继承Thread类创建线程类 11

1.3.4 线程创建方法二：实现Runnable接口创建线程目标类 12

1.3.5 优雅创建Runnable线程目标类的两种方式 14

1.3.6 实现Runnable接口的方式创建线程目标类的优缺点 16

1.3.7 线程创建方法三：使用Callable和FutureTask创建线程 20

1.3.8 线程创建方法四：通过线程池创建线程 25

1.4 线程的核心原理 28

1.4.1 线程的调度与时间片 28

1.4.2 线程的优先级 29

1.4.3 线程的生命周期 31

1.4.4 一个线程状态的简单演示案例 33

1.4.5 使用Jstack工具查看线程状态 35

1.5 线程的基本操作 36

1.5.1 线程名称的设置和获取 36

1.5.2 线程的sleep操作 38

1.5.3 线程的interrupt操作 39

1.5.4 线程的join操作 42

1.5.5 线程的yield操作 46

1.5.6 线程的daemon操作 48

1.5.7 线程状态总结 52

1.6 线程池原理与实战 54

1.6.1 JUC的线程池架构 54

1.6.2 Executors的4种快捷创建线程池的方法 56

1.6.3 线程池的标准创建方式 62

1.6.4 向线程池提交任务的两种方式 63

1.6.5 线程池的任务调度流程 66

1.6.6 ThreadFactory（线程工厂） 68

1.6.7 任务阻塞队列 70

1.6.8 调度器的钩子方法 70

1.6.9 线程池的拒绝策略 72

1.6.10 线程池的优雅关闭 75

1.6.11 Executors快捷创建线程池的潜在问题 80

1.7 确定线程池的线程数 83

1.7.1 按照任务类型对线程池进行分类 83

1.7.2 为IO密集型任务确定线程数 84

1.7.3 为CPU密集型任务确定线程数 86

1.7.4 为混合型任务确定线程数 87

1.8 ThreadLocal原理与实战 89

1.8.1 ThreadLocal的基本使用 89

1.8.2 ThreadLocal使用场景 91

1.8.3 使用ThreadLocal进行线程隔离 92

1.8.4 使用ThreadLocal进行跨函数数据传递 93

1.8.5 ThreadLocal内部结构演进 94

1.8.6 ThreadLocal源码分析 96

1.8.7 ThreadLocalMap源码分析 99

1.8.8 ThreadLocal综合使用案例 102

第2章 Java内置锁的核心原理 106

2.1 线程安全问题 106

2.1.1 自增运算不是线程安全的 106

2.1.2 临界区资源与临界区代码段 108

2.2 synchronized关键字 109

2.2.1 synchronized同步方法 110

2.2.2 synchronized同步块 110

2.2.3 静态的同步方法 112

2.3 生产者－消费者问题 113

2.3.1 生产者－消费者模式 113

2.3.2 一个线程不安全的实现版本 114

2.3.3 一个线程安全的实现版本 120

2.4 Java对象结构与内置锁 121

2.4.1 Java对象结构 121

2.4.2 Mark Word的结构信息 124

2.4.3 使用JOL工具查看对象的布局 126

2.4.4 大小端问题 129

2.4.5 无锁、偏向锁、轻量级锁和重量级锁 131

2.5 偏向锁的原理与实战 132

2.5.1 偏向锁的核心原理 132

2.5.2 偏向锁的演示案例 133

2.5.3 偏向锁的膨胀和撤销 136

2.5.4 全局安全点原理和偏向锁撤销的性能问题 137

2.6 轻量级锁的原理与实战 139

2.6.1 轻量级锁的核心原理 139

2.6.2 轻量级锁的案例演示 141

2.6.3 轻量级锁的分类 143

2.6.4 轻量级锁的膨胀 144

2.7 重量级锁的原理与实战 144

2.7.1 重量级锁的核心原理 144

2.7.2 重量级锁的开销 146

2.7.3 重量级锁的演示案例 147

2.8 偏向锁、轻量级锁与重量级锁的对比 149

2.9 线程间通信 150

2.9.1 线程间通信定义 150

2.9.2 低效的线程轮询 150

2.9.3 wait方法、notify方法的原理 152

2.9.4 “等待－通知”通信模式演示案例 154

2.9.5 生产者－消费者之间的线程间通信 156

2.9.6 需要在synchronized同步块的内部使用wait和notify 158

第3章 CAS原理与JUC原子类 160

3.1 什么是CAS 160

3.1.1 Unsafe类中的CAS方法 160

3.1.2 使用CAS进行无锁编程 162

3.1.3 使用无锁编程实现轻量级安全自增 164

3.1.4 字段偏移量的计算 165

3.2 JUC原子类 167

3.2.1 JUC中的Atomic原子操作包 167

3.2.2 基础原子类AtomicInteger 168

3.2.3 数组原子类AtomicIntegerArray 170

3.2.4 AtomicInteger线程安全原理 171

3.3 对象操作的原子性 173

3.3.1 引用类型原子类 173

3.3.2 属性更新原子类 174

3.4 ABA问题 175

3.4.1 了解ABA问题 175

3.4.2 ABA问题解决方案 177

3.4.3 使用AtomicStampedReference解决ABA问题 177

3.4.4 使用AtomicMarkableReference解决ABA问题 179

3.5 提升高并发场景下CAS操作的性能 180

3.5.1 以空间换时间：LongAdder 181

3.5.2 LongAdder的原理 183

3.6 CAS在JDK中的广泛应用 189

3.6.1 CAS操作的弊端和规避措施 190

3.6.2 CAS操作在JDK中的应用 191

第4章 可见性与有序性原理 192

4.1 CPU物理缓存结构 192

4.2 并发编程的三大问题 194

4.2.1 原子性问题 194

4.2.2 可见性问题 195

4.2.3 有序性问题 196

4.3 硬件层的MESI协议原理 198

4.3.1 总线锁和缓存锁 199

4.3.2 MSI协议 201

4.3.3 MESI协议及RFO请求 201

4.3.4 Store Buffer和Invalidate Queue 206

4.3.5 volatile的原理 207

4.4 有序性与内存屏障 209

4.4.1 重排序 210

4.4.2 As-if-Serial规则 211

4.4.3 硬件层面的内存屏障 212

4.5 JMM详解 214

4.5.1 什么是Java内存模型 214

4.5.2 JMM与JMM物理内存的区别 216

4.5.3 JMM的8个操作 218

4.5.4 JMM如何解决有序性问题 219

4.6 Happens-Before规则 222

4.6.1 Happens-Before规则介绍 222

4.6.2 规则1：顺序性规则 223

4.6.3 规则2：volatile规则 223

4.6.4 规则3：传递性规则 225

4.6.5 规则4：监视锁规则 226

4.6.6 规则5：start()规则 227

4.6.7 规则6：join()规则 227

4.7 volatile语义中的内存屏障 228

4.7.1 volatile写操作的内存屏障 229

4.7.2 volatile读操作的内存屏障 229

4.7.3 对volatile变量的写入进行性能优化 230

4.8 volatile不具备原子性 232

4.8.1 volatile变量的自增实例 232

4.8.2 volatile变量的复合操作不具备原子性的原理 233

第5章 JUC显式锁的原理与实战 235

5.1 显式锁 235

5.1.1 显式锁Lock接口 236

5.1.2 可重入锁ReentrantLock 237

5.1.3 使用显式锁的模板代码 239

5.1.4 基于显式锁进行“等待－通知”方式的线程间通信 241

5.1.5 LockSupport 244

5.1.6 显式锁的分类 247

5.2 悲观锁和乐观锁 249

5.2.1 悲观锁存在的问题 249

5.2.2 通过CAS实现乐观锁 249

5.2.3 不可重入的自旋锁 250

5.2.4 可重入的自旋锁 251

5.2.5 CAS可能导致“总线风暴” 252

5.2.6 CLH自旋锁 254

5.3 公平锁与非公平锁 261

5.3.1 非公平锁实战 261

5.3.2 公平锁实战 262

5.4 可中断锁与不可中断锁 263

5.4.1 锁的可中断抢占 263

5.4.2 死锁的监测与中断 265

5.5 独占锁与共享锁 268

5.5.1 独占锁 268

5.5.2 共享锁Semaphore 268

5.5.3 共享锁CountDownLatch 271

5.6 读写锁 273

5.6.1 读写锁ReentrantReadWriteLock 273

5.6.2 锁的升级与降级 275

5.6.3 StampedLock 276

第6章 AQS抽象同步器核心原理 280

6.1 锁与队列的关系 280

6.2 AQS的核心成员 282

6.2.1 状态标志位 282

6.2.2 队列节点类 283

6.2.3 FIFO双向同步队列 284

6.2.4 JUC显式锁与AQS的关系 285

6.2.5 ReentrantLock与AQS的组合关系 285

6.3 AQS中的模板模式 287

6.3.1 模板模式 288

6.3.2 一个模板模式的参考实现 289

6.3.3 AQS的模板流程 291

6.3.4 AQS中的钩子方法 291

6.4 通过AQS实现一把简单的独占锁 292

6.4.1 简单的独占锁的UML类图 293

6.4.2 简单的独占锁的实现 293

6.4.3 SimpleMockLock测试用例 295

6.5 AQS锁抢占的原理 296

6.5.1 显式锁抢占的总体流程 296

6.5.2 AQS模板方法：acquire(arg) 297

6.5.3 钩子实现：tryAcquire(arg) 297

6.5.4 直接入队：addWaiter 297

6.5.5 自旋入队：enq 298

6.5.6 自旋抢占：acquireQueued() 299

6.5.7 挂起预判：shouldParkAfterFailedAcquire 300

6.5.8 线程挂起：parkAndCheckInterrupt() 302

6.6 AQS两个关键点：节点的入队和出队 302

6.6.1 节点的自旋入队 303

6.6.2 节点的出队 303

6.7 AQS锁释放的原理 304

6.7.1 SimpleMockLock独占锁的释放流程 304

6.7.2 AQS模板方法：release() 305

6.7.3 钩子实现：tryRelease() 305

6.7.4 唤醒后驱：unparkSuccessor() 306

6.8 ReentrantLock的抢锁流程 306

6.8.1 ReentrantLock非公平锁的抢占流程 307

6.8.2 非公平锁的同步器子类 307

6.8.3 非公平抢占的钩子方法：tryAcquire(arg) 308

6.8.4 ReentrantLock公平锁的抢占流程 308

6.8.5 公平锁的同步器子类 309

6.8.6 公平抢占的钩子方法：tryAcquire(arg) 309

6.8.7 是否有后驱节点的判断 310

6.9 AQS条件队列 310

6.9.1 Condition基本原理 310

6.9.2 await()等待方法原理 312

6.9.3 signal()唤醒方法原理 313

6.9.4 节点入队的时机 314

6.10 AQS的实际应用 315

第7章 JUC容器类 316

7.1 线程安全的同步容器类 316

7.2 JUC高并发容器 318

7.3 CopyOnWriteArrayList 319

7.3.1 CopyOnWriteArrayList的使用 320

7.3.2 CopyOnWriteArrayList原理 321

7.3.3 CopyOnWriteArrayList读取操作 322

7.3.4 CopyOnWriteArrayList写入操作 323

7.3.5 CopyOnWriteArrayList的迭代器实现 323

7.4 BlockingQueue 324

7.4.1 BlockingQueue的特点 324

7.4.2 阻塞队列的常用方法 325

7.4.3 常见的BlockingQueue 326

7.4.4 ArrayBlockingQueue的基本使用 328

7.4.5 ArrayBlockingQueue构造器和成员 330

7.4.6 非阻塞式添加元素：add()、offer()方法的原理 332

7.4.7 阻塞式添加元素：put()方法的原理 333

7.4.8 非阻塞式删除元素：poll()方法的原理 335

7.4.9 阻塞式删除元素：take()方法的原理 335

7.4.10 peek()直接返回当前队列的队首元素 337

7.5 ConcurrentHashMap 337

7.5.1 HashMap和HashTable的问题 337

7.5.2 JDK 1.7版本ConcurrentHashMap的结构 338

7.5.3 JDK 1.7版本ConcurrentHashMap的核心原理 339

7.5.4 JDK 1.8版本ConcurrentHashMap的结构 346

7.5.5 JDK 1.8版本ConcurrentHashMap的核心原理 347

7.5.6 JDK 1.8版本ConcurrentHashMap的核心源码 350

第8章 高并发设计模式 353

8.1 线程安全的单例模式 353

8.2 Master-Worker模式 357

8.3 ForkJoin模式 364

8.4 生产者－消费者模式 372

8.5 Future模式 373

第9章 异步回调模式 375

9.1 从泡茶的案例说起 375

9.2 join：异步阻塞之闷葫芦 376

9.3 FutureTask：异步调用之重武器 378

9.4 异步回调与异步阻塞调用 382

9.5 Guava的异步回调模式 383

9.6 Netty的异步回调模式 389

9.7 异步回调模式小结 391

第10章 CompletableFuture异步回调 392

10.1 CompletableFuture详解 392

10.2 异步任务的串行执行 398

10.3 异步任务的合并执行 402

10.4 异步任务的选择执行 405

10.5 CompletableFuture的综合案例 408