Java并发编程笔记

一、JUC介绍

1. 为什么需要JUC？

• 传统并发缺陷：synchronized关键字存在性能瓶颈（重量级锁）、缺乏灵活性（不可中断、非公平）。
• JUC优势：
  • 提供更细粒度的锁控制（如ReentrantLock的可中断、超时获取锁）。
  • 非阻塞算法提升性能（如CAS替代锁竞争）。
  • 丰富的并发工具（线程池、并发容器、同步器等）。

2. JUC的设计思想

• 分工：通过线程池管理线程资源（如ThreadPoolExecutor）。
• 协作：利用同步工具协调线程执行顺序（如CountDownLatch）。
• 互斥：通过锁和原子类保证线程安全（如ReentrantLock、AtomicInteger）。

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二、JUC重点

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1. 锁机制：AQS（AbstractQueuedSynchronizer）

核心原理

• CLH队列：通过双向链表实现线程排队，避免自旋导致的CPU浪费。
• 状态变量（state）：通过volatile修饰的int值表示锁状态（如重入次数）。
• 模板方法模式：子类实现tryAcquire/tryRelease定义锁获取和释放逻辑。

面试高频问题

• Q：AQS如何实现公平锁与非公平锁？

  // 非公平锁（默认）
  final boolean nonfairTryAcquire(int acquires) {
      // 直接尝试获取锁，不检查队列
  }
  
  // 公平锁
  protected final boolean tryAcquire(int acquires) {
      // 先检查队列中是否有等待线程
      if (hasQueuedPredecessors()) return false;
      // ...
  }
  

• Q：AQS的唤醒机制如何避免“惊群效应”？
  • 仅唤醒队列中第一个可用线程，而非所有线程。

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2. 显式锁：ReentrantLock vs synchronized

对比维度	ReentrantLock	synchronized
锁获取方式	需手动lock()/unlock()	自动获取和释放（代码块或方法）
可中断性	支持（lockInterruptibly()）	不支持
公平性	支持公平与非公平（构造函数指定）	仅非公平
条件变量	支持多条件（newCondition()）	单一等待队列
性能	高并发场景更优	优化后（偏向锁、轻量级锁）性能接近

使用示例

ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
Condition condition = lock.newCondition();

lock.lock();
try {
    while (queue.isEmpty()) {
        condition.await();  // 释放锁并等待
    }
    // 业务逻辑
} finally {
    lock.unlock();
}

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3. 并发容器

ConcurrentHashMap

• JDK 7 vs JDK 8：
  • JDK7：分段锁（Segment），每个段独立加锁。
  • JDK8：CAS + synchronized锁单个链表头节点，粒度更细。
• 关键方法：
  • putVal()：通过spread(hash)计算索引，CAS插入节点。
  • size()：基于CounterCell的分段统计，避免竞争。

CopyOnWriteArrayList

• 适用场景：读多写少（如监听器列表）。
• 实现原理：写操作时复制新数组，替换旧引用（保证最终一致性）。

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4. 线程池（ThreadPoolExecutor）

核心参数

public ThreadPoolExecutor(
    int corePoolSize,      // 核心线程数（长期保留）
    int maximumPoolSize,  // 最大线程数
    long keepAliveTime,   // 非核心线程空闲存活时间
    TimeUnit unit,
    BlockingQueue<Runnable> workQueue, // 任务队列
    RejectedExecutionHandler handler   // 拒绝策略
)

任务处理流程

1. 提交任务，若核心线程未满，创建新线程执行。
2. 核心线程已满，任务进入阻塞队列。
3. 队列已满，创建非核心线程执行。
4. 线程数达最大值且队列满，触发拒绝策略。

拒绝策略

• AbortPolicy（默认）：抛出RejectedExecutionException。
• CallerRunsPolicy：由提交任务的线程直接执行。
• DiscardOldestPolicy：丢弃队列最旧任务，重试提交。
• DiscardPolicy：静默丢弃新任务。

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5. 同步工具类

CountDownLatch vs CyclicBarrier

对比项	CountDownLatch	CyclicBarrier
重置性	一次性	可重复使用
等待动作	主线程等待其他线程完成	所有线程相互等待
核心方法	countDown() + await()	await()
典型场景	启动准备、任务分阶段提交	多线程计算后合并结果

Semaphore

• 作用：控制同时访问资源的线程数（如限流）。
• 示例：数据库连接池管理。

  Semaphore semaphore = new Semaphore(10); // 允许10个并发
  semaphore.acquire();   // 获取许可
  try {
      // 访问资源
  } finally {
      semaphore.release();
  }
  

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三、JUC面试题

1. volatile关键字的作用？

• 可见性：保证变量修改后立即同步到主内存。
• 禁止指令重排序：通过内存屏障实现（如单例模式的双重检查锁）。

2. CAS的ABA问题如何解决？

• 版本号机制：使用AtomicStampedReference记录变量版本。

3. 线程池如何避免内存泄漏？

• 务必关闭线程池：调用shutdown()或shutdownNow()。
• 使用有界队列：避免任务无限堆积导致OOM。