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關(guān)于這篇文章我很早就想寫(xiě)了，也一直不敢寫(xiě)，一方面是早先知識(shí)儲(chǔ)備不足，另一方面主要是多線程這部分內(nèi)容確實(shí)比較高深而且每個(gè)知識(shí)點(diǎn)之間比較零散，讓人摸不著頭腦，不知道該從哪里下手。而且對(duì)于我們學(xué)生群體來(lái)講，很少有機(jī)會(huì)接觸到高并發(fā)這方面的真實(shí)場(chǎng)景，平常自己敲代碼也基本不會(huì)用到，所以也導(dǎo)致我們大部分同學(xué)都是面向面經(jīng)學(xué)習(xí)，你問(wèn) synchronized，叭叭叭我能說(shuō)一堆，你問(wèn) volatile，叭叭叭我也能說(shuō)一堆，但總感覺(jué)差點(diǎn)意思，就是這些知識(shí)點(diǎn)是零散的，沒(méi)有那么一根線把它們很好的串聯(lián)起來(lái)。

所以今天我斗膽造一根線，站在小白的角度，講講多線程這部分我們到底要學(xué)啥，按照什么樣的順序去學(xué)，幫助各位建立一個(gè)比較完善的知識(shí)體系，形成正確的多線程世界觀。后續(xù)的文章我也基本上會(huì)按照這根線寫(xiě)下來(lái)。

然后，我目前也沒(méi)有踏入工作崗位，也沒(méi)有實(shí)際的高并發(fā)經(jīng)驗(yàn)，所以只是在紙上談兵，學(xué)識(shí)尚淺，大佬們?nèi)粲X(jué)得有問(wèn)題懇請(qǐng)?jiān)u論區(qū)或者私聊我指正，晚輩感激不盡(抱拳)。

煉氣

首先，學(xué)習(xí)多線程，你肯定得知道線程是啥吧，包括線程的一些基礎(chǔ)概念(比如上下文切換)，那么說(shuō)到線程，肯定離不開(kāi)進(jìn)程。OK，進(jìn)程和線程這兩個(gè)概念其實(shí)我們?cè)诓僮飨到y(tǒng)這門(mén)課中都接觸過(guò)，當(dāng)然并行和并發(fā)、同步與異步等這種基本概念咱也默認(rèn)你學(xué)過(guò)，那么你還需要去了解一下 Java 線程和操作系統(tǒng)的線程有啥區(qū)別。

另外，容易被大家忽視的一點(diǎn)是，一項(xiàng)技術(shù)的出現(xiàn)必定不是憑空捏造的，他一定是為了某個(gè)目的而來(lái)，在某個(gè)成熟的時(shí)機(jī)應(yīng)運(yùn)而生。因此，你需要知道我們?yōu)樯兑褂枚嗑€程，多線程的出現(xiàn)解決了什么問(wèn)題。

掌握上面這一步，我們稱(chēng)之為煉氣，所謂煉精化氣，起步階段需一心一意、沉心靜氣。

筑基

現(xiàn)在我們已經(jīng)知道線程是啥了，那在 Java 中如何創(chuàng)建線程呢?為此你會(huì)接觸到三種創(chuàng)建線程(Thread)的方式：

• 直接使用 Thread
• Thread + Runnable
• Thread + Callable + FutureTask

學(xué)會(huì)了如何創(chuàng)建線程，我們?nèi)シ环?Thread 類(lèi)的源碼，你會(huì)發(fā)現(xiàn)其中定義了 Java 線程的六種狀態(tài)，也就是所謂的生命周期，它和操作系統(tǒng)中線程的五態(tài)模型又有啥區(qū)別和聯(lián)系呢?

既然都翻了 Thread 源碼，豈有不深究的道理?我們接下來(lái)去學(xué)習(xí)一下 Thread 類(lèi)給我們提供了哪些控制線程的方法，它們分別能干啥，怎樣影響了線程的狀態(tài)：

• start / run
• sleep / yield
• join / join(long n)
• interrupt
• setDaemon 守護(hù)線程

這一階段的學(xué)習(xí)，也就是入門(mén)階段后的第一步，我們稱(chēng)之為筑基?；A(chǔ)不牢，地動(dòng)山搖。

金丹

誠(chéng)然，一個(gè)程序順序的運(yùn)行多個(gè)線程本身是沒(méi)有問(wèn)題的，但是如果多個(gè)線程同時(shí)訪問(wèn)了某個(gè)共享資源，就可能會(huì)發(fā)生不可預(yù)知的現(xiàn)象，也就是我們常說(shuō)的線程安全問(wèn)題，要了解這些問(wèn)題產(chǎn)生的根本原因，我們就需要去深刻的了解 Java 內(nèi)存模型(Java Memory Model，JMM)。

為此，我們會(huì)學(xué)習(xí)到和線程安全息息相關(guān)的三大性質(zhì)：

1)原子性：一個(gè)操作是不可中斷的，要么全部執(zhí)行成功要么全部執(zhí)行失敗(也可以說(shuō)是提供互斥訪問(wèn)，同一時(shí)刻只能有一個(gè)線程對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行操作)

2)可見(jiàn)性：當(dāng)一個(gè)線程修改了共享變量后，其他線程能夠立即得知這個(gè)修改

3)有序性(或者說(shuō)重排序)：重排序是編譯器和處理器為了優(yōu)化程序性能而對(duì)指令序列進(jìn)行重新排序的一種手段。由于重排序的存在，可能導(dǎo)致多線程環(huán)境下程序運(yùn)行結(jié)果出錯(cuò)的問(wèn)題。

那么編譯器和處理器在重排序時(shí)會(huì)遵守什么原則呢?為此你會(huì)了解到數(shù)據(jù)依賴(lài)性和 as-if-serial，這里簡(jiǎn)單介紹一下這兩個(gè)概念：

編譯器和處理器在重排序時(shí)，會(huì)遵守?cái)?shù)據(jù)依賴(lài)性，它們不會(huì)改變存在數(shù)據(jù)依賴(lài)性關(guān)系的兩個(gè)操作的執(zhí)行順序

as-if-serial 語(yǔ)義的意思是：不管怎么重排序，程序的執(zhí)行結(jié)果不能被改變。編譯器，runtime 和處理器都必須遵守 as-if-serial 語(yǔ)義

事實(shí)上，可見(jiàn)性和有序性其實(shí)是互相矛盾的兩點(diǎn)。一方面，對(duì)于程序員來(lái)說(shuō)，我們希望內(nèi)存模型易于理解、易于編程，為此 JMM 的設(shè)計(jì)者要為程序員提供足夠強(qiáng)的內(nèi)存可見(jiàn)性保證，專(zhuān)業(yè)術(shù)語(yǔ)稱(chēng)之為 “強(qiáng)內(nèi)存模型”。而另一方面，編譯器和處理器則希望內(nèi)存模型對(duì)它們的束縛越少越好，這樣它們就可以做盡可能多的優(yōu)化(比如重排序)來(lái)提高性能，因此 JMM 的設(shè)計(jì)者對(duì)編譯器和處理器的限制要盡可能地放松，專(zhuān)業(yè)術(shù)語(yǔ)稱(chēng)之為 “弱內(nèi)存模型”。

當(dāng)然，對(duì)于這個(gè)問(wèn)題，JMM 的設(shè)計(jì)者找到了一個(gè)很好的平衡點(diǎn)，那就是 happens-before，這是 JMM 最核心的概念!理解 happens-before 是理解 JMM 的關(guān)鍵。

知其然而知其所以然，這一階段，我們稱(chēng)為金丹。

渡劫

具體到 Java 語(yǔ)言層面，是怎么保證線程安全的呢?也就是如何保證原子性、可見(jiàn)性和有序性呢?(保證有序性上文已經(jīng)說(shuō)過(guò)了，就是使用 happens-before 原則)。

1)對(duì)于可見(jiàn)性，可以使用 volatile 關(guān)鍵字來(lái)保證。不僅如此，volatile 還能起到禁止指令重排的作用;

2)對(duì)于原子性，我們可以使用 鎖 和 java.util.concurrent.atomic 包中的原子類(lèi)來(lái)保證。(給萌新解釋一下，java.util.concurrent，簡(jiǎn)稱(chēng) J.U.C，就是一個(gè)包，也成為并發(fā)包?，F(xiàn)在網(wǎng)上大部分博客都會(huì)直接說(shuō) JUC，對(duì)萌新不是很友好)，我們可以看看 juc.atomic 中有哪些類(lèi)

當(dāng)然， atomic 包下這些原子操作類(lèi)保證原子性最關(guān)鍵的原因還是因?yàn)樗鼈兪褂昧?CAS 操作，于是，你需要先去深入學(xué)習(xí)一下 CAS，了解 CAS 存在的三個(gè)問(wèn)題，然后再去挖一挖這些原子類(lèi)的底層原理。

另外，上面我們提到的鎖這個(gè)話題其實(shí)又是一個(gè)非常核心的知識(shí)點(diǎn)，在深入學(xué)習(xí)之前，你需要了解一下各種鎖的概念：

• 悲觀鎖和樂(lè)觀鎖
• 重量級(jí)鎖和輕量級(jí)鎖
• 自旋鎖
• 偏向鎖
• 重入鎖和不可重入鎖
• 公平鎖和非公平鎖
• 共享鎖和排他鎖

另外，與鎖相關(guān)的概念的還有臨界區(qū)、競(jìng)態(tài)條件等，這些你都是要去了解的。

那么鎖在 Java 中具體是怎么實(shí)現(xiàn)的呢?早先 Java 程序是靠 synchronized 關(guān)鍵字實(shí)現(xiàn)鎖功能的，在我們掌握了 synchronized 的使用方式以及底層原理后，你還會(huì)接觸到與 synchronized 配套的 wait/notify/notifyAll 方法。

在 Java SE 5 之后，并發(fā)包 JUC 中新增了 Lock 接口以及相關(guān)實(shí)現(xiàn)類(lèi)(放在 java.util.concurrent.locks 包下)也可以用來(lái)實(shí)現(xiàn)鎖功能。

為什么會(huì)新增這樣一個(gè) Lock 接口及其相關(guān)實(shí)現(xiàn)類(lèi)呢?因?yàn)槭褂?synchronized 關(guān)鍵字會(huì)隱式地獲取鎖，但是它將鎖的獲取和釋放固化了，也就是先獲取再釋放。當(dāng)然，這種方式簡(jiǎn)化了同步的管理，可是擴(kuò)展性沒(méi)有顯示的鎖獲取和釋放來(lái)的好。

例如，針對(duì)一個(gè)場(chǎng)景，手把手進(jìn)行鎖獲取和釋放，先獲得鎖 A，然后再獲取鎖 B，當(dāng)鎖 B 獲得后，釋放鎖 A 同時(shí)獲取鎖 C，當(dāng)鎖 C 獲得后，再釋放 B 同時(shí)獲取鎖 D，以此類(lèi)推。這種場(chǎng)景下，如果使用 synchronized 關(guān)鍵字就不那么容易實(shí)現(xiàn)了，而使用 Lock 卻容易許多。

它提供了與 synchronized 關(guān)鍵字類(lèi)似的同步功能，只是在使用時(shí)需要顯式地獲取和釋放鎖。雖然它缺少了隱式獲取釋放鎖的便捷性，但是卻擁有了鎖獲取與釋放的可操作性、可中斷的獲取鎖以及超時(shí)獲取鎖等多種 synchronized 關(guān)鍵字所不具備的同步特性。

另外，還有一點(diǎn)非常重要的是!我們可以去翻一翻實(shí)現(xiàn)了 Lock 接口的類(lèi)，比如 ReentrantLock(大部分文章都會(huì)直接把它翻譯成重入鎖)，你會(huì)驚訝的發(fā)現(xiàn)它并沒(méi)有多少代碼，基本所有的方法都是調(diào)用了其靜態(tài)內(nèi)部類(lèi) Sync 中的方法，而 Sync 類(lèi)繼承了 AbstractQueuedSynchronizer 類(lèi)(也就是大名鼎鼎的 AQS，譯為隊(duì)列同步器，簡(jiǎn)稱(chēng)同步器)。

可以把 AQS 理解為一個(gè)用來(lái)構(gòu)建鎖和同步器(工具類(lèi))的框架，locks 包中的各種鎖以及接下來(lái)我們會(huì)學(xué)習(xí)的 JUC 中的工具類(lèi)都是基于 AQS 來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

OK，關(guān)于 AQS 這篇文章就不再多說(shuō)了。上面我們提到了兩個(gè)并發(fā)關(guān)鍵字，synchronized 和 volatile，其實(shí)還有一個(gè)，那就是 final，可能很多小伙伴都不知道，啥?final 和并發(fā)有啥關(guān)系?當(dāng)然，這些，后續(xù)文章都會(huì)寫(xiě)的。

本階段的知識(shí)非常重要，并且相對(duì)來(lái)說(shuō)知識(shí)點(diǎn)比較多也比較難，因此我們稱(chēng)之為渡劫。

大乘

渡劫完畢，走到這一步各位對(duì)多線程基本的知識(shí)架構(gòu)已經(jīng)有了一定的認(rèn)知，世界觀已經(jīng)初步形成，最后，就是補(bǔ)強(qiáng)的過(guò)程了，我們來(lái)看看 J.U.C 這個(gè)包還有什么東西(下圖沒(méi)有截全)：

JUC 其實(shí)可以分為五大類(lèi)：

• Lock 框架(locks 包)
• 原子類(lèi)(atomic 包)
• 并發(fā)集合
• 線程池
• 工具類(lèi)

后面三種正是我們?cè)谶@一階段需要學(xué)習(xí)的。并發(fā)集合和線程池就沒(méi)啥好說(shuō)的了，它們的知識(shí)點(diǎn)都比較集中，學(xué)習(xí)目標(biāo)也很明確，網(wǎng)絡(luò)上很容易就能找到一篇條理清晰的文章。

然后常用的工具類(lèi)還是有必要學(xué)習(xí)下：

• CountDownLatch
• CyclicBarrier
• Semaphore
• Exchanger

所謂工具類(lèi)嘛，那一定是封裝了某些比較復(fù)雜的操作，使我們可以很簡(jiǎn)單的去完成這些操作。以 CountDownLatch 為例：在多線程協(xié)作完成業(yè)務(wù)功能時(shí)，有時(shí)候需要等待其他多個(gè)線程完成任務(wù)之后，主線程才能繼續(xù)往下執(zhí)行業(yè)務(wù)功能，在這種的業(yè)務(wù)場(chǎng)景下，通?？梢允褂?Thread 類(lèi)的 join 方法，讓主線程等待被 join 的線程執(zhí)行完之后，主線程才能繼續(xù)往下執(zhí)行。而 Java 并發(fā)工具類(lèi)中為我們提供了這樣一個(gè)類(lèi)似 “倒計(jì)時(shí)” 的工具類(lèi) CountDownLatch，可以十分方便的完成這種業(yè)務(wù)場(chǎng)景。

另外，還有一個(gè)比較重要的類(lèi)，我也不知道怎么給它分類(lèi)，就是 ThreadLocal，江湖人稱(chēng)線程隔離術(shù)，必問(wèn)高階考點(diǎn)。

OK，學(xué)完了本階段，多線程世界觀已完整形成，我們稱(chēng)之為大乘，忘我之境，全在己心。

文章標(biāo)題：「重磅開(kāi)篇」形成完善的多線程世界觀
轉(zhuǎn)載來(lái)源：http://uogjgqi.cn/article/cdipeeh.html