Java并发编程最佳实践：设计高性能和可扩展的并发系统

# 1. Java并发编程基础**

并发编程是利用多线程并行执行任务，以提高程序效率和响应能力。Java并发编程提供了丰富的API和机制，帮助开发者构建高性能、可扩展的并发应用程序。

**1.1 线程**

线程是并发编程的基本单位，它是一个独立执行的代码片段。Java中，可以使用`Thread`类创建线程，并通过`start()`方法启动线程。线程可以同时运行，共享同一个内存空间，但拥有独立的执行栈。

**1.2 同步**

当多个线程同时访问共享资源时，需要使用同步机制来保证数据一致性和避免竞争条件。Java提供了多种同步原语，如锁和信号量，以控制对共享资源的访问。

# 2.1 同步原语

### 2.1.1 锁

**定义**

锁是一种同步原语，用于控制对共享资源的访问，确保在同一时刻只有一个线程可以访问该资源。

**类型**

Java 中有两种主要的锁类型：

- **互斥锁（Mutex）**：保证同一时刻只有一个线程可以持有锁。
- **读写锁（ReadWriteLock）**：允许多个线程同时读共享资源，但只允许一个线程写共享资源。

**使用场景**

锁适用于需要对共享资源进行独占访问的情况，例如：

- 更新共享变量
- 修改数据结构
- 访问临界区（即对共享资源进行操作的代码段）

### 2.1.2 信号量

**定义**

信号量是一种同步原语，用于限制对共享资源的并发访问。它维护一个计数器，表示资源的可用数量。

**类型**

Java 中有两种类型的信号量：

- **二元信号量（Semaphore）**：计数器只能取 0 或 1。
- **计数信号量（CountingSemaphore）**：计数器可以取任意非负整数。

**使用场景**

信号量适用于需要限制对共享资源并发访问的情况，例如：

- 控制线程池中并发线程的数量
- 限制对数据库连接池的并发访问
- 实现生产者-消费者模式

### 2.1.3 屏障

**定义**

屏障是一种同步原语，用于确保一组线程在继续执行之前都已到达某个点。

**类型**

Java 中有一个类型的屏障：

- **CyclicBarrier**：允许一组线程重复地等待所有线程都到达屏障。

**使用场景**

屏障适用于需要确保一组线程在继续执行之前都已完成某个任务的情况，例如：

- 在并行计算中同步不同阶段的计算
- 在多线程应用程序中协调线程的启动和停止

# 3.1 线程池管理

### 3.1.1 线程池的创建和配置

线程池是一个管理线程的容器，它可以自动创建和销毁线程，以满足应用程序的需求。创建一个线程池需要指定以下参数：

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