Java并发, 看这篇就够了!

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并发编程这个话题,它不仅仅是一门技术学科,更像是一个综合性的大杂烩。看似杂乱无章的概念和技术点,总会让人感觉自己虽然学了不少,但真正掌握并发编程似乎还是遥不可及。那么,怎样才能真正学好并发编程呢?

答案其实挺简单的:关键就在于能否做到“跳出来看大局”和“钻进去看本质”。

跳出来看大局

首先,我们来聊聊“跳出来”。你肯定也听说过学习时不能只看树木不见森林,这在并发编程学习中尤为重要。你得能够从零散的知识点中“跳出来”,从高处俯瞰整个并发编程的全局。这首先要求你构建一个全面的并发编程知识地图。

但是,要实现这一点并不容易,因为并发编程的知识点确实复杂且庞杂。即使到今天,也没有一个公认的、完整的知识全景图。这或许也是很多人在这个领域遇到难题的原因之一。经过多年的摸索,我自己已经勾勒出了一张全景图。虽然它不是绝对科学的,但我相信它至少能指导你学好并发编程。

我认为,这个领域的核心可以概括为三个问题:“分工”、“同步”和“互斥”。

  1. 分工

就像管理一个团队去完成一个项目,项目经理需要分解任务并分配给合适的团队成员。在并发编程中,你就是项目经理,而线程就是团队成员。任务分配对项目成功至关重要,在并发编程中更是如此,它直接影响程序的性能。分工的重要性和复杂性不言而喻,诸如 Java SDK 的 Executor、Fork/Join、Future 等本质上都是分工的方法。此外,并发编程还有一些设计模式与分工密切相关,比如生产者-消费者、Thread-Per-Message、Worker Thread 模式等,都是指导你如何分配任务的。

  1. 同步

分工之后,就是具体执行了。在项目实施过程中,任务之间往往是相互依赖的。这时候,沟通和协作就显得尤为重要。在并发编程中,同步主要是指线程间的协作。这和现实生活中的协作没什么两样,就是一个线程完成任务后如何通知其他线程开始执行后续的任务。Java SDK 提供了多种线程协作的工具类,如 CountDownLatch、CyclicBarrier、Phaser 和 Exchanger 等。但有时候,你还需要自己来处理线程间的协作问题。

解决线程协作问题的核心是管程。管程不仅能解决线程协作问题,还能处理接下来要讨论的互斥问题。所以,学习这一部分的关键在于理解管程模型,并熟练运用 Java SDK 提供的线程协作工具。

  1. 互斥

互斥关乎并发程序的正确性,也就是我们通常说的“线程安全”。多个线程同时访问同一共享变量时,结果是不确定的。为了解决这个

问题,Java 语言引入了内存模型。实现互斥的核心技术是锁,如 synchronized 和各种 Lock。虽然锁能保证安全性,但也会带来性能问题。因此,了解不同场景下的优化策略,如 ReadWriteLock、StampedLock,以及无锁的数据结构是很重要的。

钻进去,看本质

仅仅“跳出来”是不够的,我们还需要“钻进去”,深入理解各个问题的本质。我总是不满足于只学习一些概念和结论,而不去探究它们的来源和解决的实际问题。并发编程的每一个技术,都有其背后的理论基础。比如,当你看到 Java SDK 中的条件变量 Condition,你可能会问,它是从哪里来的?它的提出背景和解决的问题是什么?通过这样的探索,你会发现 Java 语言中的并发技术几乎都有理论基础,而这些理论在其他编程语言中也有类似的实现。

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总结

当我开始学习 Java 并发编程时,我尝试直接从 Java SDK 的并发包开始,但很快就放弃了。我意识到,我需要深入了解 Java SDK 并发包背后的设计理念。并发问题的全景图是我个人对这个领域的理解,希望能帮助你建立起解决并发问题的思路和深化认识。同时,我也鼓励你探索每个技术背后的理论本质,这不仅能加深你对技术的理解,还能扩展你的知识面。

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