"Java并发编程的核心在于理解和掌握同步器,也就是四大金刚——synchronized、volatile、java.util.concurrent.locks包中的Lock以及Atomic类。这些工具提供了不同层面的保证,包括Visibility(可见性)、Ordering(有序性)和Cachecoherency(缓存一致性),以确保在多线程环境下的正确性。"
Java并发编程是一个复杂且关键的领域,特别是在处理大规模数据时,如描述中提到的拥有过亿条Integer类型值的列表。传统的单线程遍历方法可能效率低下,因此我们需要利用并发来提高性能。然而,并发编程并不简单,错误的并发操作可能导致难以预测的bug,正如大神们指出的,对性能的过度追求可能成为并发问题的根源。
1. **线程**: 线程是并发的基本单位,Java中的Thread类提供了创建和管理线程的功能。线程监控工具,如JConsole或VisualVM,可以帮助开发者理解并优化线程的运行状态。
2. **并发编程(juc)**: Java并发工具包(java.util.concurrent)提供了高级并发组件,如ExecutorService、Future、Semaphore等,以及线程安全的数据结构,如ConcurrentHashMap。其中,`synchronized`关键字用于实现内置锁,保证了在同一时刻只有一个线程能执行特定代码块,从而确保原子性和可见性。
3. **volatile**: volatile关键字可以保证对变量的修改对其他线程立即可见,但不保证操作的原子性。它可以防止多线程环境下数据的不一致。
4. **Locks**: 通过java.util.concurrent.locks包中的ReentrantLock、ReadWriteLock等,开发者可以更细粒度地控制锁的获取和释放,提供比synchronized更高的灵活性,如可中断锁等待和公平锁。
5. **Atomic类**: Atomic类,如AtomicInteger、AtomicLong等,提供了原子操作,能够在无锁的情况下保证操作的原子性和可见性。
6. **Fork/Join框架**: 这是Java 7引入的一个并行计算框架,适用于那些可以分解为子任务的问题,例如求和操作可以通过递归分解并行计算,然后合并结果。
在并发编程中,内存模型是理解线程间交互的关键。Java内存模型(JMM)定义了线程如何访问共享内存,包括堆和栈,以及如何在不同线程之间同步数据。Happens-before原则是JMM的一部分,它规定了一组操作之间的顺序关系,确保并发编程的正确性。
例如,当一个线程在synchronized块中修改了变量,这个修改对于其他后续进入该同步块的线程是可见的。内部锁(Monitor)通过对象监视器实现同步,当一个线程进入synchronized方法或块时,会获取对象的锁,其他线程无法同时进入。
此外,分离锁(Striped Lock)和分拆锁(Split Lock)是优化锁的一种策略,通过将大锁分解为多个小锁来减少锁竞争,提高并发性能。
Java并发编程涉及到许多复杂的概念和工具,需要深入理解并大量实践,才能在实际开发中有效地利用并发提升性能,同时避免潜在的并发问题。