Java 并发编程

一、并发编程的本质问题（第一性原理层）

并发编程并不是关于“多线程”，而是关于在不确定时序下，对共享状态的控制问题。

1. 并发的三个永恒问题

所有并发 Bug，本质上都可以归结为以下三类之一：

  1. 可见性（Visibility）一个线程对状态的修改，是否能被其他线程观察到。

  2. 原子性（Atomicity）一个操作是否不可被中断、不可被拆分。

  3. 有序性（Ordering）程序执行顺序在不同线程观察下是否一致。

这三者是跨语言、跨平台、跨时代的并发本质问题。

二、并发控制的核心思想（跨语言稳定层）

这一层不依赖 Java，也不依赖 JVM，而是并发系统设计的通用思想。

2.1 不共享是最高级的并发安全

并发问题的根源在于共享，因此：

不共享 = 天然线程安全

线程封闭（Thread Confinement）

常见形式：

封闭是一种“架构选择”，不是语法技巧。

2.2 只读共享：不变性（Immutability）

如果共享不可避免，下一优先级是：

共享但不可变

不变对象的并发安全来自其数学属性，而非同步机制。

不变性的三个条件：

不变性是并发世界中最强的确定性来源。

2.3 受控共享：同步与协作

当对象既需要共享，又必须可变：

并发的核心任务 = 协调对状态的访问顺序

这引出了同步、锁、条件等待等机制。

三、对象共享与发布模型（并发设计主线）

3.1 对象生命周期视角

并发安全问题，本质是对象生命周期与线程生命周期不一致。

关键问题：

3.2 发布与逸出

构造期间逸出是最危险的并发错误之一。

3.3 安全发布（Safe Publication）

安全发布不是“是否加锁”，而是建立可见性与有序性保证。

通用安全发布策略：

没有安全发布，线程安全无从谈起。

四、并发类的设计模式（架构层）

4.1 实例封闭（Instance Confinement）

将线程不安全对象封装在一个受控的并发边界内。

这是最常见、也是最稳健的并发类设计方式。

4.2 线程安全委托（Delegation）

将并发安全责任交给更底层的线程安全组件。

前提：

委托失败，往往源于“多个原子操作组合后不再原子”。

4.3 状态依赖操作

并发系统中最复杂的不是互斥，而是：

操作是否依赖于状态是否满足某个条件

这类操作需要：

五、等待、通知与协作机制

5.1 等待-通知的本质模型

等待不是“睡眠”，而是：

在条件未满足时，主动让出执行权，并等待条件变化的通知

核心原则：

5.2 条件队列与显式条件

条件队列解决的是：

它体现的是状态机式并发设计思想。

六、取消、关闭与线程生命周期管理

6.1 取消不是强制终止

并发系统中：

取消是一种协作协议，而非控制命令

线程必须自行决定：

6.2 中断的语义

中断不是异常，而是：

一种跨线程的协作信号

设计原则：

6.3 基于任务的取消

Future、Executor 的意义在于：

七、性能与伸缩性的并发视角

7.1 并发的成本模型

并发不是免费的：

并发的目标不是“线程更多”，而是“等待更少”。

7.2 锁竞争的本质

竞争强度取决于：

优化方向：

八、JVM 层面的并发优化（实现细节层）

本章属于了解即可，不应作为设计依据。

这些优化的前提是：

你的并发设计本身是合理的

九、并发程序的测试哲学

9.1 并发测试的困难

并发 Bug 是：

9.2 测试关注点

十、并发系统的工程哲学（长期稳定知识）

一个优秀的并发系统，应该让并发问题难以出现，而不是容易修复。

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