Java并发编程详解：核心概念与实战试题

Java并发编程是Java开发中的重要领域，它涉及到如何在多线程环境中有效地管理和协调程序的执行，以提高系统性能和响应速度。并发编程的核心在于利用多核CPU的计算能力，通过创建并行运行的线程来提升应用的处理能力。 在Java中，多线程的应用场景广泛，例如在迅雷的多线程下载中，每个线程负责下载文件的一部分，从而加快下载速度；在数据库连接池中，多个线程可以共享连接资源，减少建立和关闭连接的开销；分批发送短信等场景也可以通过多线程并行处理，提高处理效率。 然而，并发编程并非没有代价。它可能导致一系列问题，如内存泄漏，当线程持续占用资源不释放时；上下文切换，线程在执行过程中被打断，切换到其他线程，这会带来额外的时间开销；线程安全，当多个线程访问同一数据时，需要保证数据的一致性和完整性；以及死锁，多个线程相互等待对方释放资源，形成无法解耦的状态。 并发编程的三个必要因素包括原子性、可见性和有序性。原子性确保操作不可被中断，如使用`synchronized`关键字或`Lock`实现；可见性则保证一个线程对共享变量的修改能被其他线程即时感知，可以通过`synchronized`、`volatile`或`Lock`实现；有序性则是指程序执行的顺序，虽然处理器可能进行指令重排序，但通过Happens-Before原则可以维护一定的执行顺序。 为保证多线程的运行安全，Java提供了多种机制。synchronized关键字可以实现线程同步，确保对共享资源的互斥访问；volatile关键字可以保证变量的可见性，防止多线程环境下缓存的不一致；Lock接口及其实现类如ReentrantLock提供了更细粒度的锁控制，支持公平锁和非公平锁，以及可中断和可尝试获取锁的能力。 并行与并发的主要区别在于执行方式。并发是指多个任务在单个CPU核心上通过时间片轮转的方式看似同时执行，而并行则是多个任务在多核处理器上真正的同时执行。串行则是指任务按顺序执行，不涉及线程间的交互。 并发和并行的关系可以用比喻来理解：并发如同两个人轮流使用一台电脑，看起来同时工作；并行则如同两个人各自有一台电脑，真正同时进行工作；串行则类似于两个人排队依次使用同一台电脑，不存在并行执行的概念。 Java并发编程是一门深奥且实用的技能，开发者需要理解和掌握其原理，才能编写出高效且稳定的并发程序。