Java并发包-概述

天下武功无坚不摧,唯快不破,性能在大型软件应用架构的核心要素中占有一席之地。最近拜读了《多线程编程实战》及《深入理解Java虚拟机》两本书,反复琢磨,趁着这股劲还没散去,来看看Java并发包的源码(JDK 1.8)。

在开始源码阅读与分析之前,首先要明白以下几个概念,这些概念会贯穿整个Java并发体系。如果一开始没明白,也没关系,遇见了再回过头来琢磨。

  • 指令重排序
  • 原子性
  • 可见性
  • volatile关键字

本文首先会对这几个概念进行介绍,之后对整个Java并发包做一个大概的介绍;并且会在之后的文章里不断地深入剖析各个类提供的能力和实现方式。(希望能够坚持下来)

指令重排序

关于指令重排序的相关介绍,推荐一个博客,这里介绍的非常清楚,就不多加赘述:
博客链接

原子性 & 可见性

原子性和可见性是由Java内存模型引起的。


图1 Java内存模型

如图1所示,线程1和线程2共享变量A。线程1要对变量A进行操作,比如A = A + 1操作,那么线程1将执行如下操作:

  1. 首先将变量A从主内存中加载到线程内存中,
  2. 对线程中变量执行+1操作
  3. 在将变量A的值回写到主内存中

如果对这个过程存在疑问,请回顾下Java的内存模型。现在我们假设A的初始值为1,且两个线程均对变量A执行+1操作。
那么线程1在对变量A执行+1操作时,线程2是无法感知到的,由于重排序的存在,此时可能未将变量的值回写到主内存中,过程如图2所示。
因此我们这样描述这种情况:线程1对变量A的操作对于线程2是不可见的,这就是可见性的问题,也是指令重排序对多线程的影响,最终导致了对变量1进行了两次+1操作,最终结果却为2。


图2 理解可见性

原子性更容易理解,强制禁止重排序,操作1、2、3是顺序不间断的执行(不会被其他的指令插队)。即保证线程1读取变量A,进行+1操作后,再回写到主内存之后,线程2才能开始开始读取操作。

volatile

这个关键字非常的关键,被它修饰的变量不再缓存到线程空间了,而且对于变量的指令不能进行重排序,因此volatile能够保证变量的可见性。注意,仅仅只是可见性,并非保证了复合操作的原子性。仅仅使用volatile关键字,是无法保证线程安全的。

对于这几个概念的介绍就到这了,没有过多的深入,在之后的源码分析过程中会不断的强化对他们的记忆。

Java并发体系

Java的并发包java.util.concurrent被前辈们细分为以下五个部分:

  1. Atomic
  2. Locks
  3. Tools
  4. Collections
  5. Executor

简单介绍下,Atomic是一系列原子操作类,主要对一些基本类型、引用和数组的原子操作。Locks部分是锁的实现,包含重入锁、读写锁,是并发体系等核心。Tools是并发工具,包括信号量、栅栏等。Collections是并发容器,如ConcurrentHashmap、CopyOnWrite等。Executor是并发框架,主要提供了线程池支持。

本文到这里就结束了,如有不妥之处,后续会持续改进,希望自己能够坚持阅读优秀的源码,专注后端技术。

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