學完不虧！Java并發實作原理之JDK原始碼剖析

前言

并發編程可選擇的方式有多行程、多執行緒和多協程，對于Java來說，它既不像C++那樣，在運行中呼叫Linux的系統API去“fork”出多個行程；也不像Go那樣，在語言層面原生提供多協程，在Java中，并發就是多執行緒模式，

對于人腦的認知來說，“代碼一行行串行”當然最容易理解，但在多執行緒下，多個執行緒的代碼交叉并行，要訪問互斥資源，要互相通信，作為開發者，需要仔細設計執行緒之間的互斥與同步，稍不留心，就會寫出非執行緒安全的代碼，正因此，多執行緒編程一直是一個被廣泛而深入討論的領域，

在JDK 1.5發布之前，Java只在語言級別上提供一些簡單的執行緒互斥與同步機制，也就是synchronized關鍵字、wait與notify，如果遇到復雜的多執行緒編程場景，就需要開發者基于這些簡單的機制解決復雜的執行緒同步問題，而從JDK 1.5開始，并發編程大師Doug Lea奉上了一個系統而全面的并發編程框架——JDK Concurrent包，里面包含了各種原子操作、執行緒安全的容器、執行緒池和異步編程等內容，

本文基于JDK 7和JDK 8，對整個Concurrent包進行全面的原始碼剖析，JDK 8中大部分并發功能的實作和JDK 7一樣，但新增了一些額外特性，例如CompletableFuture、ConcurrentHashMap的新實作、StampedLock、LongAdder等，

對整個Concurrent包的原始碼進行分析，有以下幾個目的：

（1）幫助使用者合理地選擇解決方案，Concurrent包很龐大，有各式各樣的執行緒互斥與同步機制，明白實作原理，使用者可以根據自己的業務場景，選擇最適合自己的解決方案，避免重復造輪子，也避免因為使用不當而掉到“坑”里，
（2）對原始碼的分析，將讓使用者對記憶體屏障、CAS原子操作、鎖、無鎖等底層原理的認識，不再停留于一個“似是而非”的階段，而是深刻地認識其本質，
（3）吸收借鑒大師的思維，在 Concurrent 包中，可以看到各種巧妙的并發處理策略，看了Concurrent包，才會發現在多執行緒中，不是只有簡陋的互斥鎖、通知機制和執行緒池，

本文將從多執行緒基礎知識講起，逐步地深入整個Concurrent包，讀完本書，你將對多執行緒的原理、各種并發的設計原理有一個全面而深刻的理解，

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第1章多執行緒基礎

1.1 執行緒的優雅關閉
1.2 InterruptedException（）函式與interrupt（）函式
1.3 synchronized關鍵字
1.4 wait（）與notify（）
1.5 volatile關鍵字
1.6 JMM與happen-before
1.7 記憶體屏障
1.8 final關鍵字
1.9 綜合應用：無鎖編程

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第2章 Atomic類

從本章開始，我們將從簡單到復雜，從底層到上層，一步步剖析整個 Concurrent 包的層次體系，如圖所示：

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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與LongAdder

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第3章 Lock與Condition

3.1 互斥鎖
3.2 讀寫鎖
3.3 Condition
3.4 StampedLock

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第4章同步工具類

除了鎖與 Condition，Concurrent 包還提供了一系列同步工具類，這些同步工具類的原理，有些也是基于AQS的，有些則需要特殊的實作機制，這一章將對所有同步工具類的實作原理進行剖析，

4.1 Semaphore
4.2 CountDownLatch
4.3 CyclicBarrier
4.4 Exchanger
4.5 Phaser

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第5章并發容器

在Lock和Phaser的實作中，已經介紹了基于CAS實作的無鎖佇列和無鎖堆疊，本章將全面介紹Concurrent包提供的各種并發容器，

5.1 BlockingQueue
5.2 BlockingDeque
5.3 CopyOnWrite
5.4 ConcurrentLinkedQueue/Deque
5.5 ConcurrentHashMap
5.6 ConcurrentSkipListMap/Set

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第6章執行緒池與Future

6.1 執行緒池的實作原理
6.2 執行緒池的類繼承體系
6.3 ThreadPoolExector
6.4 Callable與Future
6.5 ScheduledThreadPoolExecutor
6.6 Executors工具類

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第7章 ForkJoinPool

7.1 ForkJoinPool用法
7.2 核心資料結構
7.3 作業竊取佇列
7.4 ForkJoinPool狀態控制
7.5 Worker執行緒的阻塞—喚醒機制
7.6 任務的提交程序分析
7.7 作業竊取演算法：任務的執行程序分析
7.8 ForkJoinTask的fork/join
7.9 ForkJoinPool的優雅關閉

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第8章 CompletableFuture

從JDK 8開始，在Concurrent包中提供了一個強大的異步編程工具CompletableFuture，在JDK8之前，異步編程可以通過執行緒池和Future來實作，但功能還不夠強大，CompletableFuture的出現，使Java的異步編程能力向前邁進了一大步，在探討CompletableFuture的原理之前，先詳細看一下CompletableFuture的用法，從這些用法中，可以看到相較之前的Future有哪些能力得到了提升，