Java 并发基础

参考链接：

https://gitee.com/Doocs/advanced-java

实现异步的9种方式-捡田螺的小男孩

一、JUC - Atomic

Java 中的 java.util.concurrent.atomic 包提供了一组原子变量类，主要用于高并发场景下的无锁编程，比起使用 synchronized，这些类可以提升程序的性能和吞吐量。

1、核心思想

CAS（Compare-And-Swap）是实现原子操作的核心思想，其工作原理如下：

比较内存中的值与预期值，如果一致，则将其更新为新的值。
它是一种乐观锁机制，通过尝试修改共享数据并检查是否发生了冲突来保证线程安全。

2、常用分类

2.1. 基本类型原子类

类名	对应类型
`AtomicInteger`	int
`AtomicLong`	long
`AtomicBoolean`	boolean

示例：

private void test() {
    AtomicInteger counter = new AtomicInteger(0);
    counter.incrementAndGet();  // +1
    counter.addAndGet(5);       // +5
}

2.2 引用类型原子类

类名	说明
`AtomicReference<T>`	原子更新引用
`AtomicStampedReference<T>`	带版本戳，解决ABA问题
`AtomicMarkableReference<T>`	带布尔标记

ABA问题解决示例：

private void test() {
    AtomicStampedReference<Integer> ref = new AtomicStampedReference<>(1, 0);
    int[] stampHolder = new int[1];
    Integer value = ref.get(stampHolder);
    ref.compareAndSet(value, 2, stampHolder[0], stampHolder[0] + 1);
}

2.3 数组原子类

类名	说明
`AtomicIntegerArray`	原子更新整型数组
`AtomicLongArray`	原子更新长整型数组
`AtomicReferenceArray<T>`	原子更新引用数组

3. 高级类：`LongAdder` / `LongAccumulator`

为了解决高并发下 AtomicLong 的热点问题，引入了分段累加器：

private void test() {
    LongAdder adder = new LongAdder();
    adder.increment(); // 高并发下效率更好
}

4、优缺点对比

特点	Atomic 原子类	synchronized
是否阻塞	否（非阻塞）	是
性能	高	中
是否公平	否	是
可读性	一般	高

5、使用建议

在并发量大但冲突概率低的场景中使用 Atomic 类。
如果涉及多个变量的原子性，则需要使用 synchronized 或 Lock。

二、JUC - LOCK

synchronized

ReentrantLock

CountDownLatch / CyclicBarrier

Semaphore

BlockingQueue

ConcurrentHashMap

三、JUC - Fork/Join

Fork/Join 工作窃取算法

任务拆分与合并

四、JUC - CompletableFuture

1. CompletableFuture 简介

介绍 CompletableFuture 的定义和基本用途。
与 Future 的区别。

2. CompletableFuture 常用操作

创建 CompletableFuture 的方式。
thenApply、thenAccept、thenRun 等常用方法。
异常处理 (handle、exceptionally 等)。

3. 组合异步任务

thenCompose 和 thenCombine 的使用。
allOf 和 anyOf 的异步任务组合。

4. 完成和取消任务

使用 complete 方法完成任务。
使用 cancel 方法取消任务。

5. 相关坑和陷阱

线程池管理。
异常处理。
阻塞与非阻塞操作。

五、JUC - 异步编程

1. 异步编程概述

异步编程的基本概念。
为什么需要异步编程？

2. 异步任务的设计与实现

使用 ExecutorService 和 Callable 进行任务调度。
如何设计高效的异步任务执行模型。

3. 异步编程的模式

发布-订阅模式。
生产者-消费者模式。
任务链模式。

4. 异步编程的挑战与最佳实践

线程管理与资源消耗。
错误处理与回调机制。
如何避免死锁、竞争条件等问题。