Java作為最流行的編程語(yǔ)言之一，隨著 Java 8的到來(lái)，越來(lái)越多的人開(kāi)始學(xué)習(xí)，并深入研究！下面將介紹 Java并發(fā)編程，讓開(kāi)發(fā)者在最短的時(shí)間里掌握并發(fā)編程。

1. 并發(fā)

1.1. 什么是并發(fā)?

并 發(fā)是一種能并行運(yùn)行多個(gè)程序或并行運(yùn)行一個(gè)程序中多個(gè)部分的能力。如果程序中一個(gè)耗時(shí)的任務(wù)能以異步或并行的方式運(yùn)行，那么整個(gè)程序的吞吐量和可 交互性將大大改善。現(xiàn)代的PC都有多個(gè)CPU或一個(gè)CPU中有多個(gè)核。是否能合理運(yùn)用多核的能力將成為一個(gè)大規(guī)模應(yīng)用程序的關(guān)鍵。

1.2. 進(jìn)程 vs 線程

進(jìn)程是以獨(dú)立于其他進(jìn)程的方式運(yùn)行的，進(jìn)程間是互相隔離的。一個(gè)進(jìn)程無(wú)法直接訪問(wèn)另一個(gè)進(jìn)程的數(shù)據(jù)。進(jìn)程的資源諸如內(nèi)存和CPU時(shí)間片都是由操作系統(tǒng)來(lái)分配。

線程又被稱(chēng)為輕量級(jí)進(jìn)程。每個(gè)線程有它獨(dú)自的調(diào)用棧， 但是在同一進(jìn)程下的線程又能互相訪問(wèn)它們間的共享數(shù)據(jù)。每個(gè)線程都有它獨(dú)自的緩存。如果一個(gè)線程讀取了某些共享數(shù)據(jù)，那么它將這些數(shù)據(jù)存放在自己的緩存中以供將來(lái)再次讀取。

一個(gè) Java應(yīng)用程序默認(rèn)以一個(gè)進(jìn)程的形式運(yùn)行著。在一個(gè) Java程序中，你將協(xié)同多個(gè)不同的線程一起完成并行運(yùn)算或?qū)崿F(xiàn)異步行為。

2. 并發(fā)的改進(jìn)與問(wèn)題

2.1. 并發(fā)性能的上限

之所以并發(fā)號(hào)稱(chēng)能較快的完成某些任務(wù)是因?yàn)檫@些任務(wù)能被分組成多個(gè)子任務(wù)，并且這些子任務(wù)能被并行的執(zhí)行。所以一個(gè)任務(wù)的實(shí)際運(yùn)行效率將受限于該任務(wù)中能并行執(zhí)行的部分。

一個(gè)程序理論上可達(dá)到的最高并發(fā)性能可通過(guò)以下一個(gè)被稱(chēng)為Amdahl 定律來(lái)計(jì)算出：

設(shè)F為一個(gè)程序中不能被并行執(zhí)行的百分比，N是處理器的數(shù)量，那么理論上該程序能獲得的最高并發(fā)性能將可能是1/ (F+ ((1-F)/n)).

2.2. 并發(fā)問(wèn)題

線程有獨(dú)自的調(diào)用棧，但是又能互相訪問(wèn)共享的數(shù)據(jù)。所以這里你會(huì)遇到兩個(gè)問(wèn)題，可見(jiàn)性和訪問(wèn)。

可見(jiàn)性問(wèn)題發(fā)生于如果線程A先讀取了某些共享數(shù)據(jù)，之后線程B對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行了修改，那么線程A可能看不到線程B對(duì)這數(shù)據(jù)的改動(dòng)。

訪問(wèn)問(wèn)題發(fā)生于于多個(gè)線程同時(shí)訪問(wèn)修改同一個(gè)共享數(shù)據(jù)。可見(jiàn)性及訪問(wèn)問(wèn)題將導(dǎo)致：

活躍性失敗——由于并發(fā)訪問(wèn)數(shù)據(jù)導(dǎo)致程序無(wú)任何反應(yīng)。 譬如，死鎖。

安全性失敗——程序創(chuàng)建了錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)。

3. Java中的并發(fā)

3.1. 進(jìn)程與線程

一個(gè) Java程序默認(rèn)以一個(gè)線程運(yùn)行在自己的進(jìn)程中。 Java語(yǔ)言通過(guò)Thread相關(guān)代碼來(lái)支持線程。 Java程序可通過(guò)Thread這個(gè)類(lèi)來(lái)創(chuàng)建線程。從 Java1.5起，在 Java.util.concurrent中提供了改進(jìn)的并發(fā)庫(kù)。

3.2. 鎖和線程同步

Java提供了“鎖” 機(jī)制來(lái)保護(hù)代碼片段免于被多個(gè)線程在同一時(shí)刻運(yùn)行。最簡(jiǎn)單的鎖住一個(gè)方法或一個(gè)類(lèi)就是在該方法或類(lèi)前添加synchronized關(guān)鍵字

保證了在Java中synchronized關(guān)鍵字保證了在同一時(shí)刻，只有單個(gè)線程能訪問(wèn)這塊代碼,每個(gè)進(jìn)入這同步代碼塊的線程都將能看到之前持有相同鎖進(jìn)入的線程的所做的改動(dòng).對(duì)于線程間的可靠通訊及互斥訪問(wèn) ;來(lái)說(shuō)，同步是非常必要的

你可以在定義方法時(shí)使用synchronized關(guān)鍵字。這個(gè)關(guān)鍵字保證了同一時(shí)刻只有一個(gè)線程能運(yùn)行這個(gè)方法。其他同樣調(diào)用了這個(gè)方法的線程將被阻塞直到第一個(gè)線程離開(kāi)這個(gè)方法。

1 public synchronized void critial() {

2     // some thread critical stuff

3     // here

4   }

你同樣也能用synchronized關(guān)鍵字來(lái)保護(hù)方法中的代碼塊。這塊代碼將由一個(gè)關(guān)鍵對(duì)象來(lái)保護(hù)，該關(guān)鍵對(duì)象可以是個(gè)string或其他object。這個(gè)關(guān)鍵對(duì)象就被稱(chēng)為 lock。所有被相同lock保護(hù)的代碼在同一時(shí)刻只能被單個(gè)線程執(zhí)行。

舉例來(lái)說(shuō)，以下的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)將保證同時(shí)只有單個(gè)線程可以訪問(wèn)add和next方法：

01   package de.vogella.pagerank.crawler;

02   

03  import  Java.util.ArrayList;

04  import  Java.util.List;

05  /*** Data structure for a web crawler. Keeps track of the visited sites and keeps

06    * a list of sites which needs still to be crawled.

07    * @author Lars Vogel

08    */

09    public class CrawledSites {

10    private List<String> crawledSites = new ArrayList<String>();

11    private List<String> linkedSites = new ArrayList<String>();

12   

13    public void add(String site) {

14      synchronized (this) {

15        if (!crawledSites.contains(site)) {

16          linkedSites.add(site);

17        }

18      }

19    }

20  /** * Get next site to crawl. Can return null (if nothing to crawl) */

21    public String next() {

22      if (linkedSites.size() == 0) {

23        return null;

24      }

25      synchronized (this) {

26        <em>// Need to check again if size has changed</em>

27        if (linkedSites.size() > 0) {

28          String s = linkedSites.get(0);

29          linkedSites.remove(0);

30          crawledSites.add(s);

31          return s;

32        }

33        return null;

34      }

35    }

36   

37  }

3.3. Volatile

如果一個(gè)變量聲明時(shí)使用了volatile 關(guān)鍵字，那么該關(guān)鍵字保證了，任何讀取該變量的線程都將讀到最新寫(xiě)進(jìn)該變量的值。但volatile 關(guān)鍵字不會(huì)保證變量上的任何互斥訪問(wèn)。

因?yàn)樵?nbsp;Java 5中，對(duì)一個(gè)聲明了volatile 的變量進(jìn)行寫(xiě)操作會(huì)導(dǎo)致該寫(xiě)操作所在該線程之前所有的對(duì)非volatile 變量的修改進(jìn)行同步更新。這也可用來(lái)更新引用類(lèi)型變量。例如，有個(gè)volatile 類(lèi)型的變量person。你必須創(chuàng)建一個(gè)臨時(shí)變量person，然后調(diào)用SETTER方法來(lái)初始化這變量然后將臨時(shí)變量賦值給final變量。 這會(huì)使這個(gè)變量的地址發(fā)生改變并且此變量的值對(duì)于其他線程變?yōu)榭梢?jiàn)。

4. Java 內(nèi)存模型

4.1. 概覽

Java內(nèi)存模型描述了線程內(nèi)存與主存間的通訊關(guān)系。

Java內(nèi)存模型定義了線程內(nèi)的內(nèi)存改變將怎樣傳遞到其他線程的規(guī)則，同樣也定義了線程內(nèi)存與主存進(jìn)行同步的場(chǎng)景，也描述了哪些操作屬于原子操作及操作間的順序。

4.2. 原子操作

一個(gè)原子操作是指一個(gè)執(zhí)行時(shí)不會(huì)被其他操作影響到的最小單位的操作。

Java語(yǔ)言規(guī)范保證了對(duì)一個(gè)變量的讀和寫(xiě)操作都是原子的（除了LONG和DOUBLE類(lèi)型的變量）。對(duì)于LONG或DOUBLE類(lèi)型的變量，只有當(dāng)這些變量聲明時(shí)使用了volatile關(guān)鍵字才是原子的

假設(shè)定義了一個(gè)INT變量I，那么在 Java中，I++操作不是一個(gè)原子操作。同樣，這對(duì)于其他數(shù)字類(lèi)型的變量也都不是一個(gè)原子操作。

I++操作先從I中讀取了當(dāng)前值（這是個(gè)原子操作）然后再讓它加上1寫(xiě)回（原子操作）。但是在讀和寫(xiě)這兩個(gè)操作間，I的值有可能被改變。

從 Java1.5起， Java提供了原子變量，例如AtomicInteger 或 AtomicLong 都提供了類(lèi)似 getAndDecrement(), getAndIncrement() 及 getAndSet()等原子方法。

4.3.同步代碼塊的內(nèi)存更新

Java內(nèi)存模型保證了每個(gè)進(jìn)入相同鎖同步塊的線程都能看到之前進(jìn)入的其他所有線程修改的結(jié)果。

溫馨小提示：好的資源，在 Java開(kāi)發(fā)中能事半功倍！

Java并發(fā)編程基礎(chǔ)：//ifeve.com/java-concurrency-cookbook/

業(yè)界被公認(rèn)為最好的Java開(kāi)發(fā)平臺(tái)：IntelliJ IDEA 

最實(shí)惠、綜合全面的J2EE IDE與Web開(kāi)發(fā)工具套件：MyEclipse

多平臺(tái)Java安裝文件生成工具：install4j

全面測(cè)試Java程序的工具：Parasoft Jtest