本书涵盖Java并发编程体系的核心库和核心类使用及原理分析，具体包括线程、synchronized、volatile、J.U.C中的重入锁和读写锁、并发中的条件等待机制、J.U.C并发工具集、深度探索并发编程不得不知的工具、阻塞队列、并发安全集合、线程池、异步编程特性等。书中针对每一个技术点，纵向分析相关的所有内容，并且对相关知识点进行了非常详细的说明，同时站在架构实践的角度来看待并发，通过大量实战案例让读者理解各类技术在实际应用中的使用方法。 作者花了4年时间投入了大量精力对并发编程领域做了深入的研究，将自己13年Java开发及架构经验融入了书中，对于各位读者来说，这应该是一本非常值得阅读的图书。

笔者以前在工作的时候很少使用并发编程，大部分应用场景都用一个线程池去异步执行一个任务，对线程的理解和研究确实不多。 2017年笔者创业的时候，从开发工程师转成一名讲师，当时课程设计中包含并发编程这部分内容，因为在很多一二线互联网公司的面试中，并发编程几乎是必然会问的问题，而绝大部分学员对并发编程的理解也都停留在使用阶段。 为了讲好并发编程这块内容，笔者不得不深入研究和学习，以便更好地输出高质量的内容。从那以后，笔者买了市面上几乎所有有关并发编程的书籍，在搜索引擎中查找了并发编程几乎所有的学习资料，惊讶地发现并发编程这个领域知识体系的庞大。同时，随着笔者对并发编程的深入研究，发现里面有大量的设计思想（比如分而治之）非常值得学习和研究，这也使得笔者迷恋上了并发程序的设计。 这四年来，笔者几乎把核心组件的设计思想、源码和原理全部细致地分析了一遍，收获颇丰。笔者原本计划在2019年时写并发编程相关的书，把自己的收获写下来分享给读者，但是当时感觉对并发编程的理解还不够成熟，而且市面上有写得非常不错的书，笔者在课程中也强烈推荐过。 今年决定写这本书，一方面是因为笔者认为自己对并发编程的理解已经足够输出一些有价值的内容，另一方面是因为从学员中了解到，市面上的相关书籍要么内容太松散，要么太高深，初学者看起来费劲，有经验的读者学起来又总觉得少了些什么。写这本书应该是一个水到渠成的过程，笔者想弥补市场上这类书在编写上的不足，同时想把这四年来对并发编程的理解和并发程序设计经验输出出来，让各位读者也能轻松地掌握晦涩难懂的并发编程。 另外，笔者在写书之前，自认为对并发编程的理解足够深刻，但是在整理成书的时候，还是发现有很多收获，特别是当把一些复杂的内容转换为图形的时候，不仅仅需要对当前技术的理解，还需要更进一步理解相关的理论基础和关联技术的原理。 本书涵盖Java整个并发编程体系的核心库和核心类的使用及原理分析，本书有六大特色。 特色一：每一个知识点都是以垂直化设计的方式进行分析和展开的，以synchronized关键字为例： ?首先从并发编程的原子性问题引入，了解为什么需要synchronized及怎么使用。 ?synchronized作为独占锁的实现必然存在互斥变量，所以深入讲解synchronized锁的存储原理。 ?接着从锁存储延展到Markword对象头，以及从对象头继续延展到缓存行及其填充机制。 ?另外，从synchronized锁的性能方面切入，了解锁升级的实现及原理。 在很多技术类书籍中都存在这样一个问题，就是对一些技术的分析只关注当前技术本身的广度，对深度及关联技术的说明不够，导致很多读者在阅读的时候因为一个不明白的问题而影响对知识点的理解。 特色二：内容聚合度较高。针对一个技术点，纵向分析这个知识点相关的所有内容，并且对相关知识点做非常详细的说明。读者在阅读的时候，不需要因为对部分扩展知识不理解导致对技术理解不够深刻。 特色三：站在架构实践的角度来看待并发的设计。本书对很多技术点的分析，都站在一个设计者的视角来展开。比如在线程池章节中，笔者会分析线程池的特性，以及如果自己来设计应该如何考虑和实现，这对开发者来说能够开拓技术思维和提升技术高度。 特色四：大量的图形设计简化了对复杂技术的理解，平均每个章节的图片数量在30张左右，非常有利于读者对技术点的理解。 特色五：本书涵盖的内容非常齐全，并且由浅到深地进行递进性的分析，读者在学习的时候，能够自然形成对并发编程的体系化积累。 特色六：考虑到很多读者在实际工作中很少使用并发编程，本书涵盖大量实战案例，可以让读者理解各类技术在实际应用中的使用方法。 笔者花了四年时间投入了大量精力对并发编程做了深入的研究，但在写这本书的时候，仍然有不少收获。在写作过程中，笔者希望把自己对并发编程的理解和收获全部写进来。当然，笔者也确实这么做了，因此对各位读者来说，这应该是一本非常值得阅读的书。本书的源码可以通过“读者服务”获取。 由于并发编程体系涉及的技术面非常广，书中难免会存在一些错误，各位读者在阅读本书的时候，如果发现错误，可以及时反馈给出版社，笔者会及时纠正。

目　　录 第1章　Java线程的实践及原理揭秘 1 1.1　如何理解系统并发 1 1.2　系统如何支撑高并发 2 1.3　线程的前世今生 3 1.3.1　大白话理解进程和线程 3 1.3.2　线程的核心价值 5 1.3.3　如何理解并发和并行 6 1.4　在Java中如何使用多线程 6 1.4.1　实现Runnable接口创建线程 6 1.4.2　继承Thread类创建线程 7 1.4.3　实现Callable接口并创建带返回值的线程 7 1.5　多线程如何应用到实际场景 8 1.5.1　ServerSocket 9 1.5.2　SocketThread 10 1.6　多线程的基本原理 11 1.7　线程的运行状态 11 1.7.1　线程运行状态演示 12 1.7.2　线程运行状态流转图 14 1.8　如何正确终止线程 15 1.8.1　关于安全中断线程的思考 17 1.8.2　安全中断线程之interrupt 17 1.8.3　如何中断处于阻塞状态下的线程 18 1.8.4　interrupt()方法的实现原理 21 1.9　理解上下文切换带来的性能影响 24 1.9.1　上下文切换带来的问题 25 1.9.2　什么是上下文切换 27 1.9.3　如何减少上下文切换 29 1.10　揭秘守护线程 30 1.10.1　守护线程的应用场景 32 1.10.2　守护线程使用注意事项 32 1.11　快速定位并解决线程导致的生产问题 33 1.11.1　死锁导致请求无法响应 35 1.11.2　CPU占用率很高，响应很慢 36 1.12　本章小结 38 第2章　深度揭秘synchronized实现原理 39 2.1　揭秘多线程环境下的原子性问题 40 2.1.1　深入分析原子性问题的本质 41 2.1.2　关于原子性问题的解决办法 43 2.2　Java中的synchronized同步锁 44 2.2.1　synchronized的使用方法 44 2.2.2　了解synchronized同步锁的作用范围 45 2.3　关于synchronized同步锁的思考 49 2.4　synchronzied同步锁标记存储分析 49 2.4.1　揭秘Mark Word的存储结构 50 2.4.2　图解分析对象的实际存储 52 2.4.3　通过ClassLayout查看对象内存布局 53 2.4.4　Hotspot虚拟机中对象存储的源码 57 2.5　synchronized的锁类型 59 2.5.1　偏向锁的原理分析 60 2.5.2　轻量级锁的原理分析 64 2.5.3　重量级锁的原理分析 65 2.6　关于CAS机制的实现原理分析 68 2.6.1　CAS在AtomicInteger中的应用 70 2.6.2　CAS实现自旋锁 72 2.6.3　CAS在JVM中的实现原理分析 73 2.7　锁升级的实现流程 76 2.7.1　偏向锁的实现原理 77 2.7.2　轻量级锁的实现原理 82 2.7.3　重量级锁的实现原理 86 2.8　synchronized使用不当带来的死锁问题 89 2.8.1　死锁的案例分析 90 2.8.2　死锁产生的必要条件 92 2.8.3　如何解决死锁问题 92 2.9　本章小结 96 第3章　volatile为什么能解决可见性和有序性问题 97 3.1　关于线程的可见性问题分析 97 3.1.1　思考导致问题的原因 98 3.1.2　volatile关键字解决可见性问题 99 3.2　深度理解可见性问题的本质 100 3.2.1　如何最大化提升CPU利用率 100 3.2.2　详述CPU高速缓存 101 3.2.3　CPU缓存一致性问题 107 3.2.4　总结可见性问题的本质 111 3.3　volatile如何解决可见性问题 112 3.4　指令重排序导致的可见性问题 113 3.4.1　什么是指令重排序 114 3.4.2　as-if-serial语义 116 3.5　从CPU层面深度剖析指令重排序的本质 117 3.5.1　CPU优化—Store Buffers 117 3.5.2　CPU优化—Store Forwarding 119 3.5.3　CPU优化—Invalidate Queues 122 3.6　通过内存屏障解决内存系统重排序问题 125 3.6.1　内存屏障详解 125 3.6.2　通过内存屏障防止重排序 127 3.6.3　不同CPU的重排序规则 128 3.6.4　总结CPU层面的可见性问题 129 3.7　Java Memory Mode 129 3.7.1　从JVM和硬件层面理解Java Memory Mode 130 3.7.2　JVM提供的内存屏障指令 133 3.8　揭秘volatile实现原理 136 3.9　Happens-Before模型 138 3.9.1　程序顺序规则 138 3.9.2　传递性规则 139 3.9.3　volatile变量规则 139 3.9.4　监视器锁规则 140 3.9.5 start规则 141 3.9.6　join规则 141 3.10　本章小结 142 第4章　深入浅出分析J.U.C中的重入锁和读写锁 143 4.1　J.U.C中与锁相关的API 143 4.1.1　ReentrantLock的基本应用 144 4.1.2　ReentrantReadWriteLock的基本应用 145 4.1.3　StampedLock的基本应用 147 4.2　ReentrantLock的设计猜想 149 4.2.1　锁的互斥，必须要竞争同一个共享变量 150 4.2.2　没有竞争到锁的线程，需要阻塞 151 4.2.3　需要一个容器存储被阻塞的线程 151 4.3　ReentrantLock实现原理分析 151 4.4　AbstractQueuedSynchronizer 152 4.5　ReentrantLock源码分析 154 4.5.1　ReentrantLock.lock()方法 154 4.5.2　AbstractQueuedSynchronizer.acquire()方法 156 4.5.3 NonfairSync.tryAcquire()方法 156 4.5.4　ReentrantLock.nofairTryAcquire()方法 157 4.5.5　AbstractQueuedSynchronizer.addWaiter()方法 158 4.5.6　AQS.acquireQueued()方法 159 4.6　ReentrantLock释放锁源码分析 162 4.6.1　ReentrantLock.tryRelease()方法 163 4.6.2　unparkSuccessor()方法 163 4.6.3　释放锁的线程继续执行 164 4.7　分析ReentrantReadWriteLock类的原理 166 4.7.1　WriteLock锁竞争原理 167 4.7.2　ReadLock锁竞争原理 170 4.7.3　ReentrantReadWriteLock中的锁降级 177 4.8　StampedLock的原理分析 179 4.8.1　核心内部类分析 180 4.8.2　StampedLock原理图解 182 4.8.3　StampedLock锁升级 184 4.9　本章小结 187 第5章　从线程通信来窥探并发中的条件等待机制 188 5.1　wait/notify 189 5.1.1　wait()/notify()方法使用实战 189 5.1.2　图解生产者/消费者 192 5.1.3　wait()/notify()方法的原理 193 5.1.4　wait()/notify()方法为什么要加同步锁 195 5.2　通过Thread.join获取线程执行结果 195 5.2.1　Thread.join()方法的执行流程 196 5.2.2　Thread.join()方法的实现原理 196 5.3　J.U.C中的条件控制Condition 198 5.3.1　Condition的基本应用 199 5.3.2　基于Condition的手写阻塞队列 201 5.4　Condition的设计猜想 203 5.5 Condition的源码分析 203 5.5.1　Condition.await()方法 204 5.5.2　Condition.signal()方法 208 5.5.3　锁竞争成功后的执行流程 210 5.6　本章小结 213 第6章　J.U.C并发工具集实战及原理分析 214 6.1　CountDownLatch简单介绍 214 6.1.1　CountDownLatch的基本使用 215 6.1.2 CountDownLatch运行流程 216 6.1.3　如何落地到实际应用 216 6.1.4　CountDownLatch的其他用法 220 6.2　CountDownLatch底层原理 221 6.2.1　让线程等待的await()方法到底做了什么 222 6.2.2　深入分析countDown()方法源码 224 6.2.3　线程被唤醒后的执行逻辑 228 6.3　Semaphore 230 6.3.1　Semaphore使用案例 231 6.3.2　Semaphore方法及场景说明 232 6.4　Semaphore原理分析 233 6.4.1　Semaphore令牌获取过程分析 233 6.4.2　Semaphore令牌释放过程分析 236 6.5　CyclicBarrier 237 6.5.1　CyclicBarrier的基本使用 237 6.5.2　基本原理分析 239 6.6　CyclicBarrier实现原理及源码 239 6.6.1　await()方法 241 6.6.2　reset()方法 244 6.7　本章小结 244 第7章　深度探索并发编程不得不知的工具 245 7.1　初步认识ThreadLocal 245 7.2　ThreadLocal的应用场景分析 247 7.3　ThreadLocal解决SimpleDateFormat线程安全问题 249 7.3.1 SimpleDateFormat线程安全问题的原理 250 7.3.2　ThreadLocal实现线程安全性 253 7.4　ThreadLocal实现原理分析 254 7.4.1　set()方法源码分析 255 7.4.2　get()方法源码分析 265 7.4.3　ThreadLocal内存泄漏 266 7.5　任务拆分与聚合Fork/Join 269 7.5.1 Fork/Join的核心API说明 269 7.5.2　Fork/Join的基本使用 270 7.6 Fork/Join的实现原理 272 7.6.1 WorkQueue的原理 274 7.6.2 工作窃取算法 275 7.7　Fork/Join的核心源码分析 275 7.7.1 任务提交过程详解 276 7.7.2　唤醒或者创建工作线程 281 7.7.3　工作线程和工作队列的绑定 283 7.7.4　ForkJoinWorkerThread运行过程 285 7.8 使用Fork/Join解决实际问题 286 7.8.1　项目结构说明 286 7.8.2　ILoadDataProcessor 287 7.8.3 AbstractLoadDataProcessor 288 7.8.4　业务服务类 288 7.8.5　Item聚合任务服务 289 7.8.6 ComplexTradeTaskService 291 7.8.7 测试代码 292 7.9　本章小结 293 第8章　深度剖析阻塞队列的设计原理及实现 294 8.1　什么是阻塞队列 294 8.2　Java中提供的阻塞队列 295 8.3　阻塞队列中提供的方法 296 8.4　阻塞队列的使用 297 8.4.1　生产者/消费者模型代码 297 8.4.2　图解阻塞队列实现原理 299 8.5 阻塞队列应用实战 299 8.5.1　基于阻塞队列的责任链源码 300 8.5.2　阻塞队列实战场景总结 304 8.6　详解J.U.C中阻塞队列的使用 305 8.6.1　基于数组结构的阻塞队列ArrayBlockingQueue 305 8.6.2　基于链表的阻塞队列LinkedBlockingQueue 306 8.6.3　优先级阻塞队列PriorityBlockingQueue 308 8.6.4　延迟阻塞队列DelayQueue 310 8.6.5　无存储结构的阻塞队列SynchronousQueue 314 8.6.6　阻塞队列结合体LinkedTransferQueue 318 8.6.7　双向阻塞队列LinkedBlockingDeque 319 8.7　阻塞队列的实现原理 321 8.7.1　put()方法说明 321 8.7.2　take()方法说明 324 8.8　本章小结 326 第9章　深度解读并发安全集合的原理及源码 327 9.1　并发安全集合ConcurrentHashMap 327 9.2　正确理解ConcurrentHashMap的线程安全性 328 9.2.1　computeIfAbsent()方法详解 330 9.2.2　computeIfPresent()方法详解 331 9.2.3　compute()方法详解 331 9.2.4　merge()方法详解 332 9.3　ConcurrentHashMap的数据结构 332 9.3.1　ConcurrentHashMap数据存储相关定义 333 9.3.2　Node数组初始化过程分析 335 9.3.3　单节点到链表的转化过程分析 339 9.3.4　扩容还是转化为红黑树 341 9.4　深度分析ConcurrentHashMap中的并发扩容机制 346 9.4.1　多线程并发扩容原理图解 347 9.4.2　详解ConcurrentHashMap中的数据迁移 347 9.5　分段锁设计提高统计元素数量的性能 357 9.5.1　size计数的基本原理分析 358 9.5.2　addCount()方法详解 358 9.5.3　fullAddCount()方法分析 360 9.6　详解红黑树的实现原理 365 9.6.1　什么是红黑树 365 9.6.2　红黑树的平衡规则 366 9.6.3　红黑树的平衡场景规则说明 368 9.6.4　红黑树插入元素平衡图解 369 9.6.5 红黑树规则实战解析 373 9.6.6　红黑树中删除元素的平衡规则 376 9.7　ConcurrentHashMap中红黑树的使用 381 9.7.1 TreeBin的基本介绍 383 9.7.2 链表转化成红黑树 384 9.7.3　自平衡 386 9.7.4　ConcurrentHashMap总结 388 9.8　Java中其他并发安全集合 388 9.8.1　ConcurrentLinkedQueue 388 9.8.2　ConcurrentLinkedDeque 390 9.8.3　ConcurrentSkipListMap 391 9.9　深度分析数据结构：跳表 391 9.9.1　什么是跳表 392 9.9.2　跳表的特性 392 9.9.3　跳表的基本操作 392 9.10　本章小结 394 第10章　站在架构的角度思考线程池的设计及原理 395 10.1　线程池的优势 396 10.2　Java中提供的线程池 396 10.2.1　线程池的使用 397 10.2.2　ThreadPoolExecutor 398 10.3　Executor框架详解 402 10.4　线程池的设计猜想 404 10.4.1　线程池的需求分析 404 10.4.2　生产者/消费者模型的设计 405 10.4.3　任务拒绝策略 406 10.4.4　非核心线程的回收 408 10.4.5　线程池设计总结 408 10.5　从实现原理了解线程池 408 10.6　线程池核心源码剖析 409 10.6.1　线程状态和数量存储 410 10.6.2　线程池的状态机及变更 412 10.6.3　从execute()方法分析线程池源码 413 10.7　合理设置线程池参数 425 10.7.1　线程池大小的合理设置 426 10.7.2　动态设置线程池参数 427 10.8　线程池的监控 431 10.8.1　线程池监控的基本原理 432 10.8.2　在Spring Boot应用中发布线程池信息 433 10.9　本章小结 442 第11章　Java并发编程中的异步编程特性 443 11.1　了解Future/Callable 443 11.2 Future/Callable的实现原理 445 11.2.1　FutureTask的核心属性 446 11.2.2　FutureTask.run() 447 11.2.3　FutureTask.get() 448 11.2.4　finishCompletion() 452 11.3　Java 8新特性之CompletableFuture 453 11.3.1　CompletableFuture类关系图 454 11.3.2　CompletableFuture方法说明 454 11.3.3　主动获取执行结果 458 11.4　CompletionStage方法及作用说明 459 11.4.1　方法分类概述 460 11.4.2　CompletionStage异常处理方法 466 11.4.3　方法类型总结 470 11.5　CompletableFuture综合实战 470 11.5.1　商品实体对象 470 11.5.2　模拟微服务请求实现类 471 11.5.3　Web请求 472 11.6　CompletableFuture实现原理分析 474 11.6.1　Completion说明 476 11.6.2　图解Completion的栈结构 477 11.7　核心源码分析 480 11.7.1　CompletableFuture静态任务创建 480 11.7.2 Completion Stack构建 482 11.7.3　简述UniCompletion 484 11.7.4　任务执行流程 486 11.7.5　获取任务执行结果 487 11.8　本章小结 491