首页  思维导图  详情



 



JAVA并发编程

2026-05-07 09:29:24   0  举报





AI智能生成

**核心内容**：Java并发编程是Java多线程和多任务处理的核心技术，主要用于解决多任务执行时的数据安全、线程管理和性能优化问题。核心包括创建和管理线程、线程同步、锁机制、线程协作以及并发集合等。 **文件类型**：与Java并发相关的代码通常编写在`.java`文件中，源代码经过编译生成`.class`字节码文件，最后可以打包成`.jar`文件进行部署。 **修饰语**：高效的Java并发编程涉及到的关键修饰语包括`synchronized`（保证线程安全的关键字），`volatile`（保证变量的内存可见性），`final`（保证对象的不可变性），以及`Thread-safe`（表示某个类或方法能够安全地在多线程环境下执行）等。这段描述在确保核心内容得到展现的同时，也指出了文件类型和通常使用的修饰语，从而为读者提供了综合性的信息，便于理解Java并发编程的基础和实践细节。

程序员面试技术点

模板推荐

作者其他创作

大纲/内容

引子

并发编程三大核心问题

分工

如何高效拆解任务并分配给线程

同步

互斥

并发bug的源头

可见性

概念

一个线程对共享变量的修改，另外一个线程能够立刻看到，称为可见性。

问题源头

CPU缓存导致

当多个线程在不同的CPU上执行时，这些线程操作的时不同的CPU缓存。A线程操作CPU1上的缓存，B线程操作CPU2上的缓存。这时候线程A对变量V的操作对线程B而言就不具备可见性。

解决方式

volatile关键字

synchronized关键字

原子性

概念

一个或者多个操作在CPU执行的过程中不被中断的特性称为原子性。

问题源头

程序往往需要多条CPU指令完成，在CPU指令执行时会分时复用，也就是被切走执行另外一个线程。

解决方式

synchronized关键字

CAS

有序性

概念

有序性指的就是程序代码执行的先后顺序

问题源头

编译器为了优化性能，有时候会改变程序中语句的先后顺序，但是不影响程序最终结果(单线程)，但是并发时可能出现问题，如双检锁。

解决方式

volatile关键字

synchronized关键字

线程基础概念

线程生命周期

新建 -- 就绪 -- 运行 -- 阻塞(Blocked) -- 就绪 -- 运行 -- 等待(WAITING) --限期等待(TIMED_WAITING) -- 死亡

阻塞(Blocked)

阻塞式IO操作（文件读写、阻塞式Socket读写）、竞争锁被挂起是这个状态。

这个状态的线程不占用CPU资源。

等待(WAITING)

一个线程等待另一个线程通知调度器一个条件时，该线程进入等待状态。例如调用：Object.wait()、Thread.join()、Thread.sleep()。

线程间通信的方式

等待通知机制

Object.wait()、Object.notify()、Thread.join()、interrupted()

wait：释放占有的对象锁，释放CPU，进入等待队列只能通过notify/all继续该线程。 调用线程的sleep，yield方法时，线程并不会让出对象锁。

notify：唤醒等待队列中的一个线程(不确定是那个)，使其获得锁进行访问。

notifyAll：唤醒等待队列中等待该对象锁的全部线程，让其竞争去获得锁。

notify/all之后当前线程并不会立即放弃锁的持有权，而必须要等待当前同步代码块执行完才会让出锁。

主线程的代码块中，如果碰到了t.join()方法，此时主线程需要等待（阻塞），等待子线程结束了(Waits for this thread to die.),才能继续执行t.join()之后的代码块。

并发工具

synchronized、lock、CountDownLatch、CyclicBarrier、Semaphore

线程池

核心参数

corePoolSize

核心线程数量，线程池中应该常驻的线程数量

maximumPoolSize

线程池允许的最大线程数，非核心线程在超时之后会被清除

workQueue

阻塞队列，存储等待执行的任务

keepAliveTime

线程没有任务执行时可以保持的时间

unit

时间单位

threadFactory

线程工厂，来创建线程

rejectHandler

当拒绝任务提交时的策略

直接抛异常(AbortPolicy)

直接丢弃任务,不抛出异常(DiscardPolicy)

丢弃队列中最老的任务(DiscardOldestPolicy)，然后将被拒绝的任务添加到等待队列中

用调用者所在的线程执行任务(CallerRunsPolicy)

参考资料

Java多线程系列--“JUC线程池”05之线程池原理(四)

《Java线程池》：任务拒绝策略

创建线程逻辑

图示

文字描述

当线程池小于corePoolSize，新提交任务将创建一个新线程执行任务，即使此时线程池中存在空闲线程。

当线程池达到corePoolSize时，新提交任务将被放入 workQueue 中，等待线程池中任务调度执行。

当workQueue已满，且 maximumPoolSize 大于 corePoolSize 时，新提交任务会创建新线程执行任务。

当提交任务数超过 maximumPoolSize 时，新提交任务由 RejectedExecutionHandler 处理。

当线程池中超过corePoolSize 线程，空闲时间达到 keepAliveTime 时，关闭空闲线程 。

线程拒绝策略

AbortPolicy

直接抛出异常，阻止系统正常运行。可以根据业务逻辑选择重试或者放弃提交等策略。

CallerRunsPolicy

只要线程池未关闭，该策略直接在调用者线程中，运行当前被丢弃的任务。

DiscardOldestPolicy

丢弃最老的一个请求，也就是即将被执行的任务，并尝试再次提交当前任务。

DiscardPolicy

该策略默默地丢弃无法处理的任务，不予任何处理。如果允许任务丢失，这是最好的一种方案。

参考资料

多线程之线程池-当任务渐增时的处理-各个参数的含义- 阿里，美团，京东面试题目

JAVA 线程池基本总结

线程池专题

生产使用

线程安全

乐观锁，CAS思想

比较并交换，主要是通过处理器的指令来保证操作的原子性

CAS指令需要有三个操作数，分别是变量的内存地址（这里用V表示）、旧的预期值（用A表示）和准备设置的的新值（用B表示）。CAS执行执行时，当V符合A时，处理器才会用B更新V的值，否则它就不执行更新。上述的处理过程时一个原子操作，执行期间不会被其他线程中断。

ABA问题

问题：ABA的问题指的是在CAS更新的过程中，当读取到的值是A，然后准备赋值的时候仍然是A， 但是实际上有可能A的值被改成了B，然后又被改回了A，这个CAS更新的漏洞就叫做ABA。 只是ABA的问题大部分场景下都不影响并发的最终效果。

解决： Java中有AtomicStampedReference来解决这个问题，他加入了预期标志和更新后标志两个字段，更新时不光检查值，还要检查当前的标志是否等于预期标志，全部相等的话才会更新。

lock

和synchronized比较

等待可中断(使用tryLock并指定时间): 当持有锁的线程长时间不释放锁的时候， 等待中的线程可以选择放弃等待，转而处理其他的任务。

支持公平锁和非公平锁切换：synchronized和ReentrantLock默认都是非公平锁， 但是ReentrantLock可以通过构造函数传参改变。 只不过使用公平锁的话会导致性能急剧下降。

绑定多个条件：ReentrantLock可以同时绑定多个Condition条件对象

底层实现

AQS

参考资料

解决多线程安全问题-无非两个方法synchronized和lock 具体原理以及如何获取锁AQS算法 (百度-美团)

synchronized

作用

能保证有序性、可见性、原子性

原子性：确保线程互斥的访问同步代码

可见性：保证共享变量的修改能够及时可见， 其实是通过Java内存模型中的 “对一个变量unlock操作之前，必须要同步到主内存中； 如果对一个变量进行lock操作，则将会清空工作内存中此变量的值， 在执行引擎使用此变量前，需要重新从主内存中load操作或assign操作初始化变量值” 来保证的；

有序性：有效解决重排序问题，即 “一个unlock操作先行发生(happen-before)于后面对同一个锁的lock操作”；

实现原理

java代理层面：synchronized关键字

字节码层面

同步代码块monitorenter  monitorexit 为了保证出现异常的情况也能释放锁，所以编译器为同步代码块添加了隐式的try finally

同步方法：ACC_SYNCHRONIZED

在执行的过程中会自动升级

JVM层面 C C++ 调用了操作系统提供的同步机制

OS和硬件层面 X86 : lock cmpxchg / xxx

优化

锁升级

对象组成中有对象头(64位)中,Mark Word（标记字段）、Class Pointer（类型指针）组成。 mark word中记录哈希码（HashCode）、GC分代年龄、锁状态标志、线程持有的锁、偏向线程 ID、偏向时间戳等。

升级过程

偏向锁

当第一个线程去执行带synchronize方法时,先在对象头的markword上记录这个线程的线程号,不加锁; 如果下次又是该线程执行那个方法,就直接访问不需获取锁.(偏向第一个线程)

自旋锁

如果有线程争用，则升级为自旋锁,比如线程t1正在访问带锁资源r,这时t2也要访问r,那么t2先不加锁, while(true)空执行一会,看t1是不是会马上释放锁.默认自旋10次,如果10后还得不到锁,则升级为重量级锁

重量级锁

去操作系统申请资源加锁

Hotspot目前的实现,锁只能升级,不能降级. 所以现在的synchronize并不一定比那些原子类慢,因为有锁升级。 自旋锁占用CPU,但是不去跟操作系统申请资源加锁,只是在用户态,不经过内核态. 当加锁方法执行时间很长,或者线程数很多时,用操作系统锁比较好; 当执行时间很短,且线程不太多时,用自旋锁合适.

锁消除

锁消除理解起来很简单，它指的就是虚拟机即使编译器在运行时，如果检测到那些共享数据不可能存在竞争， 那么就执行锁消除。锁消除可以节省毫无意义的请求锁的时间。

锁细化

锁住(synchronized包裹)的代码,在能保证业务逻辑OK下,越少越好.

锁粗化

但是如果一系列的连续操作都对同一个对象反复加锁和解锁，那么会带来很多不必要的性能消耗，这种就需要锁粗化。

可重入锁实现原理

每一个锁关联一个线程持有者和计数器，当计数器为 0 时表示该锁没有被任何线程持有，那么任何线程都可能获得该锁而调用相应的方法； 当某一线程请求成功后，JVM会记下锁的持有线程，并且将计数器置为 1；此时其它线程请求该锁，则必须等待； 而该持有锁的线程如果再次请求这个锁，就可以再次拿到这个锁，同时计数器会递增； 当线程退出同步代码块时，计数器会递减，如果计数器为 0，则释放该锁。

优秀文章

冷静分析 Synchronized（上）

冷静分析 Synchronized（下）

深入分析Synchronized原理(阿里面试题)

Synchronize关键字

公平锁和非公平锁区别

使用层面锁优化

系统层面锁优化

volatile

作用

禁止指令重排序，保证有序性。

当一个变量被声明为volatile时，线程在写入变量时不会把值缓存在寄存器或者 其他地方，而是会把值刷新回主内存。当其他线程读取该共享变量时，会从主内存重新获 取最新值，而不是使用当前线程的工作内存中的值。保证可见性。

实现原理

字节码层面

变量的字段的访问类型(**flags**)添加 ACC_VOLATILE 标识

JVM层面

volatile内存区的读写都加屏障

StoreStoreBarrier volatile 写操作 StoreLoadBarrier

LoadLoadBarrier volatile 读操作 LoadStoreBarrier

OS和硬件层面

参考资料

volatile 彻底搞懂

面试官没想到一个Volatile，我都能跟他扯半小时

Java 经典面试题：为什么 ConcurrentHashMap 的读操作不需要加锁？

Java中volatile关键字的最全总结

经典面试题

在单例 DCL 方式下，有没有必要加 volatile 关键词，为什么？

正常情况 instance = new Instance() 可以分成三步: 　　1、分配对象内存空间 　　2、初始化对象 　　3、设置 instance 指向刚刚分配的内存地址，此时 instance != null （重点） 如果不加volatile关键字，可能会出现把3重排到2之前执行，这时候如果有其他线程 过来发现对象不为空然后使用的话就会出现问题，因为这个对象不完整。 加了volatile关键字就禁止重排序啦，就不会出现这个问题啦。

ThreadLocal

介绍

ThreadLocal是一个线程本地变量，每个线程维护自己的变量副本，多个线程互相不可见， 因此多线程操作该变量不必加锁，适合不同线程使用不同变量值的场景。

内部实现

在每个线程内部都有一个名为threadLocals 的成员变量，该变量的类型为 ThreadLocalMap， 其中key 为我们定义的 ThreadLocal 变量的this弱引用，value则为我们使用set方法设置的值。

使用问题

内存泄漏

ThreadLocal 在 ThreadLocalMap 中是以一个弱引用身份被 Entry 中的 Key 引用的， 因此如果 ThreadLocal 没有外部强引用来引用它，那么 ThreadLocal 会在下次 JVM 垃圾收集时被回收。 这个时候 Entry 中的 key 已经被回收，但是 value 又是一强引用不会被垃圾收集器回收， 这样 ThreadLocal 的线程如果一直持续运行，value 就一直得不到回收，这样就会发生内存泄露。

为什么用弱引用

首先使用强引用会出现ThreadLocal在线程运行期间一直不会回收，数据量多的情况会出现内存泄漏问题。 而弱引用在gc会回收，在下次get set remove的时候自动清理key为null的value。

参考资料

Java并发编程之美

ThreadLocal弱引用与内存泄漏分析

ThreadLocal 定义，以及是否可能引起的内存泄露(threadlocalMap的Key是弱引用，用线程池有可能泄露)

Java 200+ 面试题补充 ThreadLocal 模块

ThreadLocal

来探讨一下最近面试问的ThreadLocal问题

应用

工作使用：rec-api在debug模式记录异常

链路追踪