Java高并发核心编程 卷2：多线程 锁 JMM JUC 高并发设计模式

本书聚焦Java并发编程基础知识，介绍了Java多线程、线程池、内置锁、JMM、CAS、JUC、高并发设计模式等并发编程方面的核心原理和实战知识。
本书共分为10章。第1~2章浅显易懂地剖析多线程、线程池的核心原理和实战使用，揭秘线程安全问题和Java内置锁的核心原理；第3~4章细致地讲解CAS原理与JUC原子类、JMM的核心原理，揭秘CAS操作的弊端和两类规避措施、解密Java如何内存可见性和volatile关键字的底层知识；第5章细致地介绍JUC显示锁的原理和各种显示锁的使用；第6章图文并茂、深入浅出地阐述JUC高并发的基础设施：AQS抽象同步器核心原理；第7章介绍JUC容器类；第8~10章介绍常见的Java高并发设计模式的原理和使用。

前言
自序
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 5
1.2.3 进程与线程的区别 8
1.3 创建线程的4种方法 8
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 12
1.3.4 线程创建方法二：实现Runnable接口创建线程目标类 13
1.3.5 优雅创建Runnable线程目标类的两种方式 16
1.3.6 通过实现Runnable接口的方式创建线程目标类的优缺点 18
1.3.7 线程创建方法三：使用Callable和FutureTask创建线程 23
1.3.8 线程创建方法四：通过线程池创建线程 28
1.4 线程的核心原理 31
1.4.1 线程的调度与时间片 31
1.4.2 线程的优先级 32
1.4.3 线程的生命周期 35
1.4.4 一个线程状态的简单演示案例 37
1.4.5 使用Jstack工具查看线程状态 40
1.5 线程的基本操作 41
1.5.1 线程名称的设置和获取 41
1.5.2 线程的sleep操作 43
1.5.3 线程的interrupt操作 45
1.5.4 线程的join操作 48
1.5.5 线程的yield操作 53
1.5.6 线程的daemon操作 55
1.5.7 线程状态总结 61
1.6 线程池原理与实战 62
1.6.1 JUC的线程池架构 63
1.6.2 Executors的4种快捷创建线程池的方法 65
1.6.3 线程池的标准创建方式 72
1.6.4 向线程池提交任务的两种方式 73
1.6.5 线程池的任务调度流程 77
1.6.6 ThreadFactory（线程工厂） 79
1.6.7 任务阻塞队列 81
1.6.8 调度器的钩子方法 82
1.6.9 线程池的拒绝策略 84
1.6.10 线程池的优雅关闭 87
1.6.11 Executors快捷创建线程池的潜在问题 93
1.7 确定线程池的线程数 97
1.7.1 按照任务类型对线程池进行分类 97
1.7.2 为IO密集型任务确定线程数 98
1.7.3 为CPU密集型任务确定线程数 100
1.7.4 为混合型任务确定线程数 101
1.8 ThreadLocal原理与实战 104
1.8.1 ThreadLocal的基本使用 104
1.8.2 ThreadLocal的使用场景 107
1.8.3 使用ThreadLocal进行线程隔离 108
1.8.4 使用ThreadLocal进行跨函数数据传递 109
1.8.5 ThreadLocal内部结构演进 110
1.8.6 ThreadLocal源码分析 111
1.8.7 ThreadLocalMap源码分析 114
1.8.8 ThreadLocal综合使用案例 119
第2章 Java内置锁的核心原理 123
2.1 线程安全问题 123
2.1.1 自增运算不是线程安全的 123
2.1.2 临界区资源与临界区代码段 126
2.2 synchronized关键字 127
2.2.1 synchronized同步方法 127
2.2.2 synchronized同步块 128
2.2.3 静态的同步方法 130
2.3 生产者-消费者问题 131
2.3.1 生产者-消费者模式 131
2.3.2 一个线程不安全的实现版本 132
2.3.3 一个线程安全的实现版本 139
2.4 Java对象结构与内置锁 140
2.4.1 Java对象结构 141
2.4.2 Mark Word的结构信息 143
2.4.3 使用JOL工具查看对象的布局 145
2.4.4 大小端问题 149
2.4.5 无锁、偏向锁、轻量级锁和重量级锁 150
2.5 偏向锁的原理与实战 152
2.5.1 偏向锁的核心原理 152
2.5.2 偏向锁的演示案例 152
2.5.3 偏向锁的膨胀和撤销 156
2.6 轻量级锁的原理与实战 157
2.6.1 轻量级锁的核心原理 157
2.6.2 轻量级锁的演示案例 158
2.6.3 轻量级锁的分类 161
2.6.4 轻量级锁的膨胀 162
2.7 重量级锁的原理与实战 162
2.7.1 重量级锁的核心原理 162
2.7.2 重量级锁的开销 165
2.7.3 重量级锁的演示案例 166
2.8 偏向锁、轻量级锁与重量级锁的对比 169
2.9 线程间通信 170
2.9.1 线程间通信的定义 170
2.9.2 低效的线程轮询 170
2.9.3 wait方法和notify方法的原理 171
2.9.4 “等待-通知”通信模式演示案例 174
2.9.5 生产者-消费者之间的线程间通信 177

移动时代、5G时代、物联网时代的大幕已经开启，新时代提升了对Java应用的高性能、高并发的要求，也抬升了Java工程师的技术台阶和面试门槛。
　　很多公司的面试题从某个侧面反映了生产场景的技术要求。之前只有BAT等大公司才有高并发技术相关的面试题，现在与Java项目相关的整个行业基本都涉及此类面试题。多线程、线程池、内置锁、JMM、CAS、JUC、高并发设计模式等Java并发编程方面的面试题，从以前的加分题变成现在的基础题。本书着重介绍Java并发编程基础知识，揭秘Java高并发编程的核心难题和解决方案。
本书内容
　　本书是三卷本《Java高并发核心编程》的第2卷，旨在帮助大家掌握Java高并发基础知识：多线程、线程池、内置锁、JMM、CAS、JUC、高并发设计模式、Java异步回调、CompletableFuture类等。
　　第1章介绍线程的核心原理、线程的基本操作、线程池的核心原理、JUC的线程池架构、 4种快捷创建线程池的方法。除此之外，还从生产实际的角度出发，介绍在生产场景中如何合理预估3类线程池（IO密集型、CPU密集性、混合型）的线程数。
　　第2章基于生产者－消费者模式的实战案例介绍线程安全问题和Java内置锁的核心原理。首先揭秘Java对象的存储布局、对象头的具体结构，并介绍如何用JOL工具查看对象的结构。然后介绍synchronized内置锁的核心原理，以及内置锁从偏向锁到轻量级锁再到重量级锁的升级 过程。
　　第3章介绍CAS原理与JUC原子类，并解密在争用激烈的高并发场景下，如何提升高CAS操作的性能。后揭秘CAS操作的弊端和两类规避措施。
　　第4章介绍Java并发编程的三大问题——原子性问题、可见性问题和有序性问题，阐述JMM的核心原理，揭秘Java内存可见性和volatile关键字的底层知识。
　　第5章介绍JUC显式锁的原理与实战。首先介绍使用显式锁的正确方法、显式锁的分类，然后揭秘CAS可能导致的“总线风暴”和CLH自旋锁，后从实例出发介绍JUC中的可中断锁和不可中断锁、共享锁与独占锁、读写锁。
　　第6章介绍JUC高并发的基础设施——AQS抽象同步器的核心原理。本章从模板模式入手，抽丝剥茧，层层深入，揭秘AQS的内部结构。然后结合SimpleMockLock独占锁的释放流程、ReentrantLock的抢锁流程，图文并茂地剖析释放、抢占AQS锁的源码和原理。
　　第7章介绍JUC容器类，包括CopyOnWriteArrayList、BlockingQueue、ConcurrentHashMap等高并发容器类的原理和使用。
　　第8章介绍高并发设计模式，主要包括Java开发必须掌握的安全单例模式、Master-Worker模式、ForkJoin模式、生产者－消费者模式、Future模式。
　　第9章着重介绍高并发编程中经常用到的高并发设计模式——异步回调模式。
　　第10章介绍Java 8所提供的一个具备异步回调能力的新工具类——CompletableFuture类的原理和使用。
　　以上内容是开发Java高并发应用所的知识，也是广大Java工程师必须掌握的高并发基础知识。
读者对象
　　（1）对Java编程感兴趣的大专院校学生。
　　（2）Java工程师。
　　（3）Java架构师。
本书源代码下载
　　本书的源代码可以从https://gitee.com/crazymaker/Java-high-concurrency-core-Programming- Volume-2-source-code.git下载。另外，还可以登录机械工业出版社华章公司网站（www.hzbook.com）下载，方法是：先搜索到本书，然后在页面上的“资料下载”模块下载即可。如果下载有问题，请发送电子邮件至[email protected]，邮件主题为“Java高并发编程 卷2下载资源”。
勘误和支持
　　由于笔者水平和能力有限，书中不妥之处在所难免，希望读者批评指正。本系列书的读者QQ群为104131248，目前群中已经包含了不少高质量的面试题以及开发技术难题，欢迎读者入群进行交流。
致谢
　　首先感谢卞诚君老师，没有他的指导和帮助，就不会有《Netty、Redis、ZooKeeper高并发实战》1一书的面世，更不会有后续的本书。
　　然后感谢《Netty、Redis、ZooKeeper高并发实战》一书的读者，是他们对该书的高度评价，极大地提升了笔者的写作自信，激励笔者推出了三卷本《Java高并发核心编程》，本书为第2卷。
　　后感谢“疯狂创客圈”社群中的开发小伙伴们，他们中有很多非常有前途的技术狂人，他们对Java高并发技术的高涨热情和孜孜以求让笔者惊叹不已。欢迎大家进入“疯狂创客圈”社群（QQ群为104131248）积极“砸”问题，虽然有的技术难题笔者不一定能给出的解决方案，但坦诚、纯粹的技术交流，能让大家相互启发，产生技术灵感，拓展技术视野，并终提升技术水平。

　　尼 恩
　　2021年1月29日
　　
该书已由机械工业出版社出版，书号为978-7-111-63290-0。—编辑注