volatile关键字与锁的区别与联系

# 1. 理解并发编程基础

- ### 1.1 并发编程概述
- #### 1.1.1 什么是并发编程
并发编程是指程序设计中同时进行多个独立的执行流，能够在一段时间内同时执行多个任务。通过并发编程，可以充分利用多核处理器提高系统性能。
- #### 1.1.2 为什么需要并发编程
随着计算机技术的发展，单核处理器已无法满足日益增长的计算需求。并发编程可以提高系统的性能、资源利用率和响应速度，同时更好地处理异步事件。

- ### 1.2 并发编程的挑战
- #### 1.2.1 共享资源及竞争条件
多个线程同时访问共享资源可能导致数据不一致或产生竞争条件，需要合理管理数据访问。
- #### 1.2.2 原子性、可见性、有序性概念介绍
原子性指操作不可分割，要么全部执行成功，要么全部不执行；可见性是指一个线程对共享变量的修改能立即被其他线程看到；有序性指程序的执行顺序按照代码的先后顺序执行。
- #### 1.2.3 并发错误类型：死锁、活锁、饥饿等
在并发编程中，常见的错误包括死锁（多个线程相互等待对方释放资源）、活锁（线程持续重试导致无法继续执行）和饥饿（某些线程一直无法获得所需资源）。有效地处理这些问题至关重要。

# 2. Java中的并发编程基础

Java中的并发编程基础涉及了同步机制、并发控制工具以及并发容器等内容，这些知识点对于开发高效并发程序至关重要。

### 2.1 同步机制

在并发编程中，同步机制是确保多个线程按照预期顺序执行的关键。Java提供了多种同步机制，其中最常用的是synchronized关键字和ReentrantLock类。

#### 2.1.1 synchronized关键字

`synchronized`关键字是Java语言提供的一种基本的同步机制，可以修饰方法或代码块，确保多个线程访问共享资源时的同步性，避免数据竞争。

public synchronized void synchronizedMethod() {
    // 同步代码块
}

#### 2.1.2 ReentrantLock类

`ReentrantLock`类是Java提供的显式锁，相较于`synchronized`关键字，`ReentrantLock`提供了更灵活的锁定机制，允许实现更复杂的同步结构。

ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
lock.lock();
try {
    // 临界区代码
} finally {
    lock.unlock();
}

### 2.2 并发控制工具

除了基本的同步机制外，Java还提供了一些并发控制工具来帮助开发者更好地控制线程的并发访问，包括`CountDownLatch`、`Semaphore`和`CyclicBarrier`等。

#### 2.2.1 CountdownLatch

`CountDownLatch`是一种灵活的同步工具，它允许一个或多个线程等待其他线程完成操作。

CountDownLatch latch = new CountDownLatch(3);
// 线程执行完任务后调用 latch.countDown();
latch.await(); // 阻塞直到计数器为0

#### 2.2.2 Semaphore

`Semaphore`是一种计数信号量，用来控制同时访问特定资源的线程数量。

Semaphore semaphore = new Semaphore(2);
semaphore.acquire(); // 请求许可
// 访问共享资源
semaphore.release(); // 释放许可

#### 2.2.3 CyclicBarrier

`CyclicBarrier`允许一组线程相互等待，直到所有线程都达到某个公共屏障点。

CyclicBarrier barrier = new CyclicBarrier(2, () -> {
    System.out.println("All parties have arrived at the barrier");
});
// 线程执行到 barrier.await() 将会阻塞

### 2.3 并发容器

在并发编程中，使用线程安全的并发容器可以避免数据结构的竞态条件，Java提供了诸如`ConcurrentHashMap`、`CopyOnWriteArrayList`和`BlockingQueue`等容器来支持并发环境下的数据操作。

#### 2.3.1 ConcurrentHashMap

`ConcurrentHashMap`是`HashMap`的线程安全版本，它通过分段锁来提高并发访问性能，适合高并发场景。

Map<String, String> concurrentMap = new ConcurrentHashMap<>();
concurrentMap.put("key", "value");

#### 2.3.2 CopyOnWriteArrayList

`CopyOnWriteArrayList`是线程安全的List实现，采用写时复制机制，在迭代期间不会抛出`ConcurrentModificationException