Java并发编程实践：JDK并发包深度解析

"Java并发编程实践-电子书-03章" 在Java编程中，面对多线程环境，理解和掌握并发编程至关重要。本章主要探讨如何使用JDK并发包（java.util.concurrent）来构建高效的并发程序。自JDK 5.0起，这个包引入了许多高级特性，以应对大规模并发应用程序的需求，特别是针对现代多处理器和多核心系统的优化。 3.1 java.util.concurrent概述 该包提供了丰富的工具，使得开发者能够更好地控制线程间的交互和同步。其中包含了原子量、并发集合、同步器、可重入锁以及线程池的相关支持。这些工具旨在提高并发性能，减少线程安全问题，并简化编程模型。 3.2 原子量 原子量是一组可以执行原子操作的类，如AtomicInteger、AtomicLong等。它们的get和set操作具有原子性，与volatile变量的读写操作类似，确保了在多线程环境下数据的一致性。 3.2.1 锁同步法 传统的同步方式依赖于synchronized关键字，它提供了线程互斥和可见性保证，但功能相对简单。 3.2.2 比较并交换（Compare and Swap, CAS） CAS是一种无锁算法，通过比较内存值与预期值，若一致则更新，不一致则不做修改。它是原子变量类实现的基础。 3.2.3 原子变量类 如AtomicInteger等，这些类提供了基于CAS的原子操作，能够在没有锁的情况下实现线程安全的增减等操作。 3.2.4 使用原子量实现银行取款示例 展示了如何利用原子变量实现多线程环境下的银行账户取款操作，避免并发问题。 3.3 并发集合 并发集合是对Java集合框架的扩展，提供了线程安全的数据结构。例如： 3.3.1 队列Queue与BlockingQueue BlockingQueue是一个线程安全的队列，它可以阻塞生产者和消费者线程，直到数据可用或空间可用。 3.3.2 ConcurrentMap接口和其实现 如ConcurrentHashMap，提供了线程安全的哈希映射，允许在并发环境中高效地进行读写操作。 3.3.3 CopyOnWriteArrayList和CopyOnWriteArraySet 这类集合在修改时会复制底层数据，确保迭代时不会抛出ConcurrentModificationException。 3.4 同步器 同步器如Semaphore、Barrier、CountDownLatch和Exchanger，提供了线程间协调的机制： 3.4.1 Semaphore 信号量用于控制同时访问特定资源的线程数量。 3.4.2 Barrier 屏障允许一组线程等待其他线程到达某个点后再继续执行。 3.4.3 CountDownLatch 计数门锁，常用于一次性释放多个线程的等待。 3.4.4 Exchanger 交换器允许两个线程交换数据，通常用于线程间的协作。 3.4.5 Future和FutureTask Future代表异步计算的结果，FutureTask既是Future又是Runnable，可以在Future上调用get()获取结果。 3.5 显示锁 显示锁提供了更灵活的同步控制，包括： 3.5.1 ReentrantLock 可重入锁，支持公平锁和非公平锁模式，具备锁中断、锁超时等高级特性。 3.5.1.1 ReentrantLock的特性 包括互斥性、可重入性、公平性和可中断性。 3.5.1.2 ReentrantLock性能测试 通过测试对比，展示ReentrantLock在不同场景下的性能表现。 3.5.2 ReadWriteLock 读写锁，允许多个读取线程同时访问，而写入操作互斥。 3.6 Fork-Join框架 3.6.1 应用Fork-Join ForkJoinPool和RecursiveTask/RecursiveAction类用于将大型任务分解为小任务并行处理，适合于分割-并行-合并的计算模型。 3.6.2 应用ParallelArray ParallelArray提供了并行数组操作，可以高效地处理数组计算任务。 通过学习这些工具和概念，开发者能够编写出高效、可扩展且线程安全的Java并发程序，应对各种并发挑战。