Java并发编程实战

本书共分为四个部分:

    基础知识。部分（第2章～第5章）重点介绍了并发性和线程安全性的基本概念，以及如何使用类库提供的基本并发构建块来构建线程安全类。在部分给出了一个清单，其中总结了这一部分中介绍的重要的规则。

    第2章与第3章构成了本书的基础。在这两章中给出了几乎所有用于避免并发危险、构造线程安全的类以及验证线程安全的规则。如果读者重“实践”而轻“理论”，那么可能会直接跳到第二部分，但在开始编写任何并发代码之前，一定要回来读一读这两章!

    第4章介绍了如何将一些小的线程安全类组合成更大的线程安全类。第5章介绍了在平台库中提供的一些基础的并发构建模块，包括线程安全的容器类和同步工具类。

    结构化并发应用程序。第二部分（第6章～第9章）介绍了如何利用线程来提高并发应用程序的吞吐量或响应性。第6章介绍了如何识别可并行执行的任务，以及如何在任务执行框架中执行它们。第7章介绍了如何使任务和线程在执行完正常工作之前提前结束。在健壮的并发应用程序与看似能正常工作的应用程序之间存在的重要差异之一就是，如何实现取消以及关闭等操作。第8章介绍了任务执行框架中的一些更高级特性。第9章介绍了如何提高单线程子系统的响应性。

    活跃性、性能与测试。第三部分(第10章～第12章)介绍了如何确保并发程序执行预期的任务，以及如何获得理想的性能。第10章介绍了如何避免一些使程序无法执行下去的活跃性故障。第11章介绍了如何提高并发代码的性能和可伸缩性。第12章介绍了在测试并发代码的正确性和性能时可以采用的一些技术。

    高级主题。第四部分（第13章～第16章）介绍了资深开发人员可能感兴趣的一些主题，包括：显式锁、原子变量、非阻塞算法以及如何开发自定义的同步工具类。 

　　本书深入浅出地介绍了Java线程和并发，是一本完美的Java并发参考手册。书中从并发性和线程安全性的基本概念出发，介绍了如何使用类库提供的基本并发构建块，用于避免并发危险、构造线程安全的类及验证线程安全的规则，如何将小的线程安全类组合成更大的线程安全类，如何利用线程来提高并发应用程序的吞吐量，如何识别可并行执行的任务，如何提高单线程子系统的响应性，如何确保并发程序执行预期任务，如何提高并发代码的性能和可伸缩性等内容，*后介绍了一些高级主题，如显式锁、原子变量、非阻塞算法以及如何开发自定义的同步工具类。
　　本书适合有Java基础的程序开发人员阅读。

本书涵盖的内容包括：
 • 并发性与线程安全性的基本概念
 • 构建以及组合各种线程安全类的技术
 • 使用java.util.concurrent包中的各种并发构建基础模块
 • 性能优化中的注意事项
 • 如何测试并发程序
 • 以及一些高级主题，包括原子变量，无阻塞算法以及Java内存模型

　　本书作者都是Java Community Process JSR166专家组（并发工具）的主要成员，并在其他很多JCP专家组里任职。BrianGoetz有20多年的软件咨询行业经验，并著有至少75篇关于Java开发的文章。TimPeierls是“现代多处理器”的典范，他在BoxPop.biz、唱片艺术和戏剧表演方面也颇有研究。JosephBowbeer是一个Java ME专家，他对并发编程的兴趣始于Apollo计算机时代。David Holmes是《The JavaProgramming Language》一书的合著者，任职于Sun公司。Bloch是Google公司的首席Java架构师，《Effective Java》一书的作者，并参与著作了《JavaPuzzlers》。Doug Lea是《Concurrent Programming》一书的作者，纽约州立大学Oswego分校的计算机科学教授。

对本书的赞誉
译者序
前　言
第1章　简介
　1.1　并发简史
　1.2　线程的优势
　　1.2.1　发挥多处理器的强大能力
　　1.2.2　建模的简单性
　　1.2.3　异步事件的简化处理
　　1.2.4　响应更灵敏的用户界面
　1.3　线程带来的风险
　　1.3.1　安全性问题
　　1.3.2　活跃性问题
　　1.3.3　性能问题
　1.4　线程无处不在
部分　基础知识
　第2章　线程安全性
　　2.1　什么是线程安全性
　　2.2　原子性
　　　2.2.1　竞态条件
　　　2.2.2　示例：延迟初始化中的竞态条件
　　　2.2.3　复合操作
　　2.3　加锁机制
　　　2.3.1　内置锁
　　　2.3.2　重入
　　2.4　用锁来保护状态
　　2.5　活跃性与性能
　第3章　对象的共享
　　3.1　可见性
　　　3.1.1　失效数据
　　　3.1.2　非原子的64位操作
　　　3.1.3　加锁与可见性
　　　3.1.4　Volatile变量
　　3.2　发布与逸出
　　3.3　线程封闭
　　　3.3.1　Ad-hoc线程封闭
　　　3.3.2　栈封闭
　　　3.3.3　ThreadLocal类
　　3.4　不变性
　　　3.4.1　Final域
　　　3.4.2　示例：使用Volatile类型来发布不可变对象
　　3.5　安全发布
　　　3.5.1　不正确的发布：正确的对象被破坏
　　　3.5.2 　不可变对象与初始化安全性
　　　3.5.3　安全发布的常用模式
　　　3.5.4　事实不可变对象
　　　3.5.5　可变对象
　　　3.5.6　安全地共享对象
　第4章　对象的组合
　　4.1　设计线程安全的类
　　　4.1.1　收集同步需求
　　　4.1.2　依赖状态的操作
　　　4.1.3　状态的所有权
　　4.2　实例封闭
　　　4.2.1　Java监视器模式
　　　4.2.2　示例：车辆追踪
　　4.3　线程安全性的委托
　　　4.3.1　示例：基于委托的车辆追踪器
　　　4.3.2　独立的状态变量
　　　4.3.3　当委托失效时
　　　4.3.4　发布底层的状态变量
　　　4.3.5　示例：发布状态的车辆追踪器
　　4.4　在现有的线程安全类中添加功能
　　　4.4.1　客户端加锁机制
　　　4.4.2　组合
　　4.5　将同步策略文档化
　第5章　基础构建模块
　　5.1　同步容器类
　　　5.1.1　同步容器类的问题
　　　5.1.2　迭代器与Concurrent-ModificationException
　　　5.1.3　隐藏迭代器
　　5.2　并发容器
　　　5.2.1　ConcurrentHashMap
　　　5.2.2　额外的原子Map操作
　　　5.2.3　CopyOnWriteArrayList
　　5.3　阻塞队列和生产者-消费者模式
　　　5.3.1　示例：桌面搜索
　　　5.3.2　串行线程封闭
　　　5.3.3　双端队列与工作密取
　　5.4　阻塞方法与中断方法
　　5.5　同步工具类
　　　5.5.1　闭锁
　　　5.5.2　FutureTask
　　　5.5.3　信号量
　　　5.5.4　栅栏
　　5.6　构建高效且可伸缩的结果缓存
第二部分　结构化并发应用程序
　第6章　任务执行
　　6.1　在线程中执行任务
　　　6.1.1　串行地执行任务
　　　6.1.2　显式地为任务创建线程
　　　6.1.3　无限制创建线程的不足
　　6.2　Executor框架
　　　6.2.1　示例：基于Executor的Web服务器
　　　6.2.2　执行策略
　　　6.2.3　线程池
　　　6.2.4　Executor的生命周期
　　　6.2.5　延迟任务与周期任务
　　6.3　找出可利用的并行性
　　　6.3.1　示例：串行的页面渲染器
　　　6.3.2　携带结果的任务Callable与Future
　　　6.3.3　示例：使用Future实现页面渲染器
　　　6.3.4　在异构任务并行化中存在的局限
　　　6.3.5　CompletionService:Executor与BlockingQueue
　　　6.3.6　示例：使用CompletionService实现页面渲染器
　　　6.3.7　为任务设置时限
　　　6.3.8　示例：旅行预定门户网站
　第7章　取消与关闭
　　7.1　任务取消
　　　7.1.1　中断
　　　7.1.2　中断策略
　　　7.1.3　响应中断
　　　7.1.4　示例：计时运行
　　　7.1.5　通过Future来实现取消
　　　7.1.6　处理不可中断的阻塞
　　　7.1.7　采用newTaskFor来封装非标准的取消
　　7.2　停止基于线程的服务
　　　7.2.1　示例：日志服务
　　　7.2.2　关闭ExecutorService
　　　7.2.3　“毒丸”对象
　　　7.2.4　示例：只执行一次的服务
　　　7.2.5　shutdownNow的局限性
　　7.3　处理非正常的线程终止
　　7.4　JVM关闭
　　　7.4.1　关闭钩子
　　　7.4.2　守护线程
　　　7.4.3　终结器
　第8章　线程池的使用
　　8.1　在任务与执行策略之间的隐性耦合
　　　8.1.1　线程饥饿死锁
　　　8.1.2　运行时间较长的任务
　　8.2　设置线程池的大小
　　8.3　配置ThreadPoolExecutor
　　　8.3.1　线程的创建与销毁
　　　8.3.2　管理队列任务
　　　8.3.3　饱和策略
　　　8.3.4　线程工厂
　　　8.3.5　在调用构造函数后再定制ThreadPoolExecutor
　　8.4　扩展 ThreadPoolExecutor
　　8.5　递归算法的并行化
　第9章　图形用户界面应用程序
　　9.1　为什么GUI是单线程的
　　　9.1.1　串行事件处理
　　　9.1.2　Swing中的线程封闭机制
　　9.2　短时间的GUI任务
　　9.3　长时间的GUI任务
　　　9.3.1　取消
　　　9.3.2　进度标识和完成标识
　　　9.3.3　SwingWorker
　　9.4　共享数据模型
　　　9.4.1　线程安全的数据模型
　　　9.4.2　分解数据模型
　　　9.5　其他形式的单线程子系统
第三部分　活跃性、性能与测试
　第10章　避免活跃性危险
　　10.1　死锁
　　　10.1.1　锁顺序死锁
　　　10.1.2　动态的锁顺序死锁
　　　10.1.3　在协作对象之间发生的死锁
　　　10.1.4　开放调用
　　　10.1.5　资源死锁
　　10.2　死锁的避免与诊断
　　　10.2.1　支持定时的锁
　　　10.2.2　通过线程转储信息来分析死锁
　　10.3　其他活跃性危险
　　　10.3.1　饥饿
　　　10.3.2　糟糕的响应性
　　　10.3.3　活锁
　第11章　性能与可伸缩性
　　11.1　对性能的思考
　　　11.1.1　性能与可伸缩性
　　　11.1.2　评估各种性能权衡因素
　　11.2　Amdahl定律
　　　11.2.1　示例：在各种框架中隐藏的串行部分
　　　11.2.2　Amdahl定律的应用
　　11.3　线程引入的开销
　　　11.3.1　上下文切换
　　　11.3.2　内存同步
　　　11.3.3　阻塞
　　11.4　减少锁的竞争
　　　11.4.1　缩小锁的范围（“快进快出”）
　　　11.4.2　减小锁的粒度
　　　11.4.3　锁分段
　　　11.4.4　避免热点域
　　　11.4.5　一些替代独占锁的方法
　　　11.4.6　监测CPU的利用率
　　　11.4.7　向对象池说“不”
　　11.5　示例：比较Map的性能
　　11.6　减少上下文切换的开销
　第12章　并发程序的测试
　　12.1　正确性测试
　　　12.1.1　基本的单元测试
　　　12.1.2　对阻塞操作的测试
　　　12.1.3　安全性测试
　　　12.1.4　资源管理的测试
　　　12.1.5　使用回调
　　　12.1.6　产生更多的交替操作
　　12.2　性能测试
　　　12.2.1　在PutTakeTest中增加计时功能
　　　12.2.2　多种算法的比较
　　　12.2.3　响应性衡量
　　12.3　避免性能测试的陷阱
　　　12.3.1　垃圾回收
　　　12.3.2　动态编译
　　　12.3.3　对代码路径的不真实采样
　　　12.3.4　不真实的竞争程度
　　　12.3.5　无用代码的消除
　　12.4　其他的测试方法
　　　12.4.1　代码审查
　　　12.4.2　静态分析工具
　　　12.4.3　面向方面的测试技术
　　　12.4.4　分析与监测工具
第四部分　高级主题
　第13章　显式锁
　　13.1　Lock与 ReentrantLock
　　　13.1.1　轮询锁与定时锁
　　　13.1.2　可中断的锁获取操作
　　　13.1.3　非块结构的加锁
　　13.2　性能考虑因素
　　13.3　公平性
　　13.4　在synchronized和ReentrantLock之间进行选择
　　13.5　读-写锁
　第14章　构建自定义的同步工具
　　14.1　状态依赖性的管理
　　　14.1.1　示例：将前提条件的失败传递给调用者
　　　14.1.2　示例：通过轮询与休眠来实现简单的阻塞
　　　14.1.3　条件队列
　　14.2　使用条件队列
　　　14.2.1　条件谓词
　　　14.2.2　过早唤醒
　　　14.2.3　丢失的信号
　　　14.2.4　通知
　　　14.2.5　示例：阀门类
　　　14.2.6　子类的安全问题
　　　14.2.7　封装条件队列
　　　14.2.8　入口协议与出口协议
　　14.3　显式的Condition对象
　　14.4　Synchronizer剖析
　　14.5　AbstractQueuedSynchronizer
　　14.6　java.util.concurrent同步器类中的 AQS
　　　14.6.1　ReentrantLock
　　　14.6.2　Semaphore与CountDownLatch
　　　14.6.3　FutureTask
　　　14.6.4　ReentrantReadWriteLock
　第15章　原子变量与非阻塞同步机制
　　15.1　锁的劣势
　　15.2　硬件对并发的支持
　　　15.2.1　比较并交换
　　　15.2.2　非阻塞的计数器
　　　15.2.3　JVM对CAS的支持
　　15.3　原子变量类
　　　15.3.1　原子变量是一种“更好的volatile”
　　　15.3.2　性能比较：锁与原子变量
　　15.4　非阻塞算法
　　　15.4.1　非阻塞的栈
　　　15.4.2　非阻塞的链表
　　　15.4.3　原子的域更新器
　　　15.4.4　ABA问题
　第16章　Java内存模型
　　16.1　什么是内存模型，为什么需要它
　　　16.1.1　平台的内存模型
　　　16.1.2　重排序
　　　16.1.3　Java内存模型简介
　　　16.1.4　借助同步
　　16.2　发布
　　　16.2.1　不安全的发布
　　　16.2.2　安全的发布
　　　16.2.3　安全初始化模式
　　　16.2.4　双重检查加锁
　　16.3　初始化过程中的安全性
附录A　并发性标注
参考文献

　　本书深入浅出地介绍了Java线程和并发，是一本完美的Java并发参考手册。书中从并发性和线程安全性的基本概念出发，介绍了如何使用类库提供的基本并发构建块，用于避免并发危险、构造线程安全的类及验证线程安全的规则，如何将小的线程安全类组合成更大的线程安全类，如何利用线程来提高并发应用程序的吞吐量，如何识别可并行执行的任务，如何提高单线程子系统的响应性，如何确保并发程序执行预期任务，如何提高并发代码的性能和可伸缩性等内容，*后介绍了一些高级主题，如显式锁、原子变量、非阻塞算法以及如何开发自定义的同步工具类。
　　本书适合有Java基础的程序开发人员阅读。

本书涵盖的内容包括：
 • 并发性与线程安全性的基本概念
 • 构建以及组合各种线程安全类的技术
 • 使用java.util.concurrent包中的各种并发构建基础模块
 • 性能优化中的注意事项
 • 如何测试并发程序
 • 以及一些高级主题，包括原子变量，无阻塞算法以及Java内存模型

　　本书作者都是Java Community Process JSR166专家组（并发工具）的主要成员，并在其他很多JCP专家组里任职。BrianGoetz有20多年的软件咨询行业经验，并著有至少75篇关于Java开发的文章。TimPeierls是“现代多处理器”的典范，他在BoxPop.biz、唱片艺术和戏剧表演方面也颇有研究。JosephBowbeer是一个Java ME专家，他对并发编程的兴趣始于Apollo计算机时代。David Holmes是《The JavaProgramming Language》一书的合著者，任职于Sun公司。Bloch是Google公司的首席Java架构师，《Effective Java》一书的作者，并参与著作了《JavaPuzzlers》。Doug Lea是《Concurrent Programming》一书的作者，纽约州立大学Oswego分校的计算机科学教授。

　　章　简 介
编写正确的程序很难，而编写正确的并发程序則难上加难。与串行程序相比，在并发程序中存在更多容易出错的地方。那么，为什么还要编写并发程序?线程是Java语言中不可或缺的重要功能，它们能使复杂的异步代码变得更简单，从而极大地简化了复杂系统的开发。此外，要想充分发挥多处理器系统的强大计算能力，简单的方式就是使用线程。随着处理器数量的持续增长，如何高效地使用并发正变得越来越重要。
　　1.1 并发简史
在早期的计算机中不包含操作系统，它们从头到尾只执行一个程序，并且这个程序能访问计算机中的所有资源。在这种裸机环境中，不仅很难编写和运行程序，而且每次只能运行一个程序，这对于昂贵并且稀有的计算机资源来说也是一种浪费。
操作系统的出现使得计算机每次能运行多个程序，并且不同的程序都在单独的进程中运行：操作系统为各个独立执行的进程分配各种资源，包括内存，文件句柄以及安全证书等。如果需要的话，在不同的进程之间可以通过一些粗粒度的通信机制来交换数据，包括：套接字、信号处理器、共享内存、信号量以及文件等。
之所以在计算机中加入操作系统来实现多个程序的同时执行，主要是基于以下原因：
资源利用率。在某些情况下，程序必须等待某个外部操作执行完成，例如输入操作或输出操作等，而在等待时程序无法执行其他任何工作。因此，如果在等待的同时可以运行另一个程序，那么无疑将提高资源的利用率。
公平性。不同的用户和翠序对于计算机上的资源有着同等的使用权。一种高效的运行方式是通过粗粒度的时间分片(TimeSlicing)使这些用户和程序能共享计算机资源，而不是由一个程序从头运行到尾，然后再启动下一个程序。
便利性。通常来说，在计算多个任务时，应该编写多个程序，每个程序执行一个任务并在必要时相互通信，这比只编写一个程序来计算所有任务更容易实现。
　……

　  “我