2020-01-31 Java线程安全和并发编程知识总结。

一直以来，关于多线程编程和线程安全的知识和各种工具，在工作中实际都已经全部用到了。但都是根据业务需要，零零散散的使用，没有进行过总结。一直想将并发编程的知识点总结一下，但一直没有时间。最近冠状病毒肺炎肆虐，春节多了10天假，也不能出门，就正好把这个事情做了。

写本文的目的，只是将相关知识点简单总结并罗列一下，方便从总体上快速浏览并了解整个并发编程和线程安全体系，但不做深入分析。因为每一个知识点，一旦深入分析，都可以和其他知识点结合起来，会非常复杂。且在网上，都可以找到每一个单独知识点深入分析的文章。

并发和线程安全的基础概念

关于并发编程所需的基础概念，进程、线程、信号量、中断、阻塞、32位/64位，大学《操作系统》课程上就有；CPU、多核CPU、寄存器、内存，是《计算机原理》课程的基础知识；这些都是构成并发编程的基础，就不总结了。

同步本身，包含两层含义：内存可见性和操作原子性。

内存可见性

• 变量或对象是存放在内存中的。
• 当一个线程修改某个变量或对象时，其他线程在同一个时间，可能读取到的是修改前的值，也可能是修改后的值。
• 当一个线程修改变量或对象后，能确保其他线程能及时读取到修改后的值，称为该变量对其他线程可见。

内存可见性产生的原理如下：

1. 所有的变量，都存储在主内存中。
2. 当启动线程时，会为每个线程分配自己专有的工作内存区域，并将相关变量从主内存拷贝到工作内存区域。
3. 当线程修改了某个变量时，先修改自己的内存工作区域中的变量副本，再将该值刷到主内存中的变量；其他线程需要将更新后的主内存变量，更新到自己的线程工作内存区域中的变量副本。
4. 当一个线程更改了自己的线程工作内存区域中的变量后，没能及时刷新到主内存中的变量，或没能刷新到其他线程的内存工作区域中，就会导致不同线程看到的同一个变量的值，出现不同。就是内存可见性问题。

原子性

• 在线程中，由多个操作组成的一组复合操作，以不可分割的方式被执行，称为原子性。
• 当一个线程进行原子操作时，其他线程不会读取到该操作过程中的尚未完成修改的变量值；当一个线程尚未开始原子操作时，其他线程只会读取到尚未被修改的值；当一个线程开始原子操作后，其他线程只会读取到该原子操作完成后，修改结束的值。

1. Java语言提供的基本线程安全保护

本章节总结java语言本身自带的线程安全相关的知识点。

2 JDK提供的线程安全工具

2.1 原子量工具包（java.util.concurrent.atomic）

2.2 锁工具包（java.util.concurrent.lock）

在这个包中，提供了锁的接口，以及各种常用锁实现。

锁的原理，是一个线程进入被锁保护的代码前，需要先申请锁；如果申请成功，则进入代码块；如果申请失败，则阻塞到别人释放锁；从而确保只有一个线程在执行被保护的代码。

最常用的，是通过 synchronized关键词使用对象的内置锁。在1. Java语言提供的基本线程安全保护的1.2章节对该关键词有详细描述。

2.2.1 可重入锁与不可重入锁。

2.2.2 条件锁 Condition

2.2.3 读写锁 ReadWriteLock

2.3 闭锁 CountDownLock

2.4 信号量 Samaphore

2.5 TODO 栅栏 Barrie 和 Exchanger

2.6 TODO 同步容器类（都在java.util.concurrent下）

2.6.1 TODO Vector

2.6.2 TODO ConcurrentMap(4个子类）

2.6.3 TODO

2.7 线程池工具

3 TODO 通过设计模式实现的线程安全

3.1 线程封闭

3.2 TODO