什么是Java并发编程
Java并发编程是指利用Java语言提供的多线程机制，让程序能够同时执行多个任务的技术。在现代计算机系统中，多核处理器已成为标配，而Java并发编程正是充分利用这些计算资源的关键手段。
Java并发的基本概念
Java并发编程涉及几个核心概念：
- 线程(Thread)：程序执行的最小单元
- 同步(Synchronization)：控制多个线程对共享资源的访问
- 锁(Lock)：实现线程同步的机制
- 原子性(Atomicity)：操作不可分割的特性
- 可见性(Visibility)：线程对共享变量修改的可见性
- 有序性(Ordering)：程序执行的顺序性
Java并发编程的核心技术
1. 线程创建与管理
Java提供了两种创建线程的基本方式：
```java
// 方式一：继承Thread类
class MyThread extends Thread {
public void run() {
// 线程执行代码
}
}
// 方式二：实现Runnable接口
class MyRunnable implements Runnable {
public void run() {
// 线程执行代码
}
}
### 2. 同步机制
Java提供了多种同步机制来解决并发问题：
#### synchronized关键字
```java
public synchronized void method() {
// 同步方法
}
public void method() {
synchronized(this) {
// 同步代码块
}
}
volatile关键字
private volatile boolean flag = false;
Java并发包(java.util.concurrent)
- ReentrantLock
- ReadWriteLock
- Condition
3. 线程池技术
Java通过Executor框架提供了强大的线程池支持：
ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(10);
executor.submit(() -> {
// 任务代码
});
executor.shutdown();
Java并发常见问题与解决方案
1. 竞态条件(Race Condition)
问题表现：多个线程同时访问共享资源，导致结果不可预测。
解决方案：
- 使用synchronized同步代码块
- 使用原子类(AtomicInteger等)
- 使用Lock接口的实现类
2. 死锁(Deadlock)
问题表现：多个线程互相等待对方释放锁，导致程序停滞。
解决方案：
- 避免嵌套锁
- 使用定时锁(tryLock)
- 按固定顺序获取锁
- 使用死锁检测工具
3. 线程饥饿(Starvation)
问题表现：某些线程长时间得不到执行机会。
解决方案：
- 使用公平锁
- 合理设置线程优先级
- 优化线程池配置
Java并发高级特性
1. 并发集合类
Java提供了线程安全的集合类：
- ConcurrentHashMap
- CopyOnWriteArrayList
- BlockingQueue
- ConcurrentLinkedQueue
2. 原子变量类
java.util.concurrent.atomic包提供了原子操作类：
- AtomicInteger
- AtomicLong
- AtomicReference
- AtomicBoolean
3. Fork/Join框架
适用于计算密集型任务的并行处理框架：
class FibonacciTask extends RecursiveTask<Integer> {
protected Integer compute() {
// 任务拆分与合并逻辑
}
}
Java并发性能优化技巧
1. 减少锁的粒度
优化前：
public synchronized void process() {
// 整个方法同步
}
优化后：
public void process() {
// 非同步代码
synchronized(this) {
// 仅同步必要部分
}
// 非同步代码
}
2. 使用读写锁
ReadWriteLock rwLock = new ReentrantReadWriteLock();
// 读操作
rwLock.readLock().lock();
try {
// 读取共享数据
} finally {
rwLock.readLock().unlock();
}
// 写操作
rwLock.writeLock().lock();
try {
// 修改共享数据
} finally {
rwLock.writeLock().unlock();
}
3. 避免不必要的同步
- 使用局部变量替代共享变量
- 使用不可变对象
- 使用线程封闭技术
Java并发编程最佳实践
- 优先使用并发工具类：而不是自己实现同步机制
- 文档化线程安全策略：明确类的线程安全级别
- 保持同步区域最小化：减少锁竞争
- 避免在同步块中调用外部方法：防止死锁
- 考虑使用消息传递：而非共享内存
- 合理设置线程池大小：根据任务类型调整
- 使用适当的监控工具：如JConsole、VisualVM
Java并发编程的未来发展
随着Java版本的更新，并发编程模型也在不断演进：
- Project Loom：引入轻量级线程(纤程)
- Reactive编程：响应式编程模型
- CompletableFuture增强：更强大的异步编程支持
- VarHandle API：更安全的内存访问方式
总结
Java并发编程是构建高性能、高可用系统的关键技术。通过深入理解Java内存模型、掌握各种同步机制、合理使用并发工具类，开发者可以构建出既高效又可靠的并发应用程序。随着Java平台的不断发展，并发编程模型也在持续进化，开发者需要不断学习和适应这些变化，才能在多核时代编写出优秀的并发代码。
