實戰Java高並發程式設計（第2版）

內容簡介

在單核CPU時代，單任務在一個時間點只能執行單一程式，隨著多核CPU的發展，並行程式開發變得尤為重要。本書主要介紹基於Java的並行程式設計基礎、思路、方法和實戰。第一，立足於並發程式基礎，詳細介紹Java進行並行程式設計的基本方法。第二，進一步詳細介紹了JDK對並行程式的強大支持，幫助讀者快速、穩健地進行並行程式開發。第三，詳細討論了“鎖”的最佳化和提高並行程式性能級別的方法和思路。第四，介紹了並行的基本設計模式，以及Java 8/9/10對並行程式的支持和改進。第五，介紹了高並發框架Akka的使用方法。第六，詳細介紹了並行辯糠旋您程式的調試方法。第七，分辣頁戲析Jetty代碼並給出一些其在高並發最佳化方面的例子。本書內容豐富，實例典型，實用性強，適合有一定Java基礎的技術開發人員閱讀。

圖書目錄

目　錄

第1章　走入並行世界 1

1.1　何去何從的並行計算 1

1.1.1　忘掉那該死的並行 2

1.1.2　可怕的現實：摩爾定律的失效 4

1.1.3　柳暗花明：不斷地前進 5

1.1.4　光明或是黑暗 6

1.2　你必須知道的幾個概念 7

1.2.1　同步（Synchronous）和異步（Asynchronous） 7

1.2.2　並發（Concurrency）和並行（Parallelism） 8

1.2.3　臨界區 9

1.2.4　阻塞（Blocking）和非阻塞（Non-Blocking） 9

1.2.5　死鎖（Deadlock）、飢餓（Starvation）和活再她鎖（Livelock） 10

1.3　並發級別 11

1.3.1　阻塞 11

1.3.2　無飢餓（Starvation-Free） 11

1.3.3　無障礙（Obstruction-Free） 12

1.3.4　無鎖（Lock-Free） 13

1.3.5　無等待（Wait-Free） 13

1.4　有關並行的兩個重要定律 14

1.4.1　Amdahl定律 14

1.4.2　Gustafson定律 16

1.4.3　是否相互矛盾 17

1.5　回到Java：JMM 18

1.5.1　原子性（Atomicity） 18

1.5.2　可見性（Visibility） 20

1.5.3　有序性（Ordering） 22

1.5.4　哪些指令不能重排：Happen-Before規則 27

第2章　Java並行程式基礎 29

2.1　有關執行緒你必須知道的事 29

2.2　初始執行緒：執行緒的基本操作 32

2.2.1　新建執行緒 32

2.2.2　終止執行緒 34

2.2.3　執行緒中斷 38

2.2.4　等待（wait）和通知（notify） 41

2.2.5　掛起（suspend）和繼續執行（resume）執行緒 45

2.2.6　等待執行緒結束（join）和謙讓（槓姜阿yeild） 49

2.3　volatile與Java記憶體模型（JMM） 50

2.4　分門別類的管理：執行緒組 53

2.5　駐守後台：守護執行緒（Daemon） 54

2.6　先做重要的事：執行緒優先權 56

2.7　執行緒安全的概念與關鍵字synchronized 57

2.8　程式中的幽靈：隱蔽的錯誤 61

2.8.1　無提示的錯誤案例 62

2.8.2　並發下的ArrayList 63

2.8.3　並發下詭異的HashMap 64

2.8.4　初學者常見的問題：旋幾促跨錯誤的加鎖 67

第3章　JDK並發包 71

3.1　多執行緒的團隊協作：同步控制 71

3.1.1　關鍵字synchronized的功能擴展酷糊蜜：重入鎖 72

3.1.2　重入鎖的好搭檔：Condition 81

3.1.3　允許多她肯霉個執行緒同時訪問：信號量（Semaphore） 85

3.1.4　ReadWriteLock讀寫鎖 86

3.1.5　倒計數器：CountDownLatch 89

3.1.6　循環柵欄：CyclicBarrier 91

3.1.7　執行緒阻塞工具類：LockSupport 94

3.1.8 Guava和RateLimiter限流 98

3.2　執行緒復用：執行緒池 101

3.2.1　什麼是執行緒池 102

3.2.2　不要重複發明輪子：JDK對執行緒池的支持 102

3.2.3　刨根究底：核心執行緒池的內部實現 108

3.2.4　超負載了怎么辦：拒絕策略 112

3.2.5　自定義執行緒創建：ThreadFactory 115

3.2.6　我的套用我做主：擴展執行緒池 116

3.2.7　合理的選擇：最佳化執行緒池執行緒數量 119

3.2.8　堆疊去哪裡了：線上程池中尋找堆疊 120

3.2.9　分而治之：Fork/Join框架 124

3.2.10　Guava中對執行緒池的擴展 128

3.3　不要重複發明輪子：JDK的並發容器 130

3.3.1　超好用的工具類：並發集合簡介 130

3.3.2　執行緒安全的HashMap 131

3.3.3　有關List的執行緒安全 132

3.3.4　高效讀寫的佇列：深度剖析ConcurrentLinkedQueue類 132

3.3.5　高效讀取：不變模式下的CopyOnWriteArrayList類 138

3.3.6　數據共享通道：BlockingQueue 139

3.3.7　隨機數據結構：跳表（SkipList） 144

3.4　使用JMH進行性能測試 146

3.4.1　什麼是JMH 147

3.4.2　Hello JMH 147

3.4.3　JMH的基本概念和配置 150

3.4.4　理解JMH中的Mode 151

3.4.5　理解JMH中的State 153

3.4.6　有關性能的一些思考 154

3.4.7　CopyOnWriteArrayList類與ConcurrentLinkedQueue類 157

第4章　鎖的最佳化及注意事項 161

4.1　有助於提高鎖性能的幾點建議 162

4.1.1　減少鎖持有時間 162

4.1.2　減小鎖粒度 163

4.1.3　用讀寫分離鎖來替換獨占鎖 165

4.1.4　鎖分離 165

4.1.5　鎖粗化 168

4.2　Java虛擬機對鎖最佳化所做的努力 169

4.2.1　鎖偏向 169

4.2.2　輕量級鎖 169

4.2.3　自旋鎖 170

4.2.4　鎖消除 170

4.3　人手一支筆：ThreadLocal 171

4.3.1　ThreadLocal的簡單使用 171

4.3.2　ThreadLocal的實現原理 173

4.3.3　對性能有何幫助 179

4.4　無鎖 182

4.4.1　與眾不同的並發策略：比較交換 182

4.4.2　無鎖的執行緒安全整數：AtomicInteger 183

4.4.3　Java中的指針：Unsafe類 185

4.4.4　無鎖的對象引用：AtomicReference 187

4.4.5　帶有時間戳的對象引用：AtomicStampedReference 190

4.4.6　數組也能無鎖：AtomicIntegerArray 193

4.4.7　讓普通變數也享受原子操作：AtomicIntegerFieldUpdater 194

4.4.8　挑戰無鎖算法：無鎖的Vector實現 196

4.4.9　讓執行緒之間互相幫助：細看SynchronousQueue的實現 201

4.5　有關死鎖的問題 205

第5章　並行模式與算法 209

5.1　探討單例模式 209

5.2　不變模式 213

5.3　生產者-消費者模式 215

5.4　高性能的生產者-消費者模式：無鎖的實現 220

5.4.1　無鎖的快取框架：Disruptor 221

5.4.2　用Disruptor框架實現生產者-消費者模式的案例 222

5.4.3　提高消費者的回響時間：選擇合適的策略 225

5.4.4　CPU Cache的最佳化：解決偽共享問題 226

5.5　Future模式 230

5.5.1　Future模式的主要角色 232

5.5.2　Future模式的簡單實現 233

5.5.3　JDK中的Future模式 236

5.5.4　Guava對Future模式的支持 238

5.6　並行流水線 240

5.7　並行搜尋 244

5.8　並行排序 246

5.8.1　分離數據相關性：奇偶交換排序 246

5.8.2　改進的插入排序：希爾排序 250

5.9　並行算法：矩陣乘法 254

5.10　準備好了再通知我：網路NIO 258

5.10.1　基於Socket的服務端多執行緒模式 259

5.10.2　使用NIO進行網路編程 264

5.10.3　使用NIO來實現客戶端 272

5.11　讀完了再通知我：AIO 274

5.11.1　AIO EchoServer的實現 275

5.11.2　AIO Echo客戶端的實現 277

第6章　Java 8/9/10與並發 281

6.1　Java 8的函式式編程簡介 281

6.1.1　函式作為一等公民 282

6.1.2　無副作用 283

6.1.3　聲明式的（Declarative） 283

6.1.4　不變的對象 284

6.1.5　易於並行 284

6.1.6　更少的代碼 284

6.2　函式式編程基礎 285

6.2.1　FunctionalInterface注釋 285

6.2.2　接口默認方法 286

6.2.3　lambda表達式 290

6.2.4　方法引用 291

6.3　一步一步走入函式式編程 293

6.4　並行流與並行排序 298

6.4.1　使用並行流過濾數據 298

6.4.2　從集合得到並行流 299

6.4.3　並行排序 299

6.5　增強的Future：CompletableFuture 300

6.5.1　完成了就通知我 300

6.5.2　異步執行任務 301

6.5.3　流式調用 303

6.5.4　CompletableFuture中的異常處理 303

6.5.5　組合多個CompletableFuture 304

6.5.6　支持timeout的 CompletableFuture 306

6.6　讀寫鎖的改進：StampedLock 306

6.6.1　StampedLock使用示例 307

6.6.2　StampedLock的小陷阱 308

6.6.3　有關StampedLock的實現思想 310

6.7　原子類的增強 313

6.7.1　更快的原子類：LongAdder 314

6.7.2　LongAdder功能的增強版：LongAccumulator 320

6.8　ConcurrentHashMap的增強 321

6.8.1　foreach操作 321

6.8.2　reduce操作 321

6.8.3　條件插入 322

6.8.4　search操作 323

6.8.5　其他新方法 324

6.9　發布和訂閱模式 324

6.9.1 簡單的發布訂閱例子 326

6.9.2 數據處理鏈 328

第7章　使用Akka構建高並發程式 331

7.1　新並發模型：Actor 332

7.2　Akka之Hello World 332

7.3　有關訊息投遞的一些說明 336

7.4　Actor的生命周期 337

7.5　監督策略 341

7.6　選擇Actor 346

7.7　訊息收件箱（Inbox） 346

7.8　訊息路由 348

7.9　Actor的內置狀態轉換 351

7.10　詢問模式：Actor中的Future 354

7.11　多個Actor同時修改數據：Agent 356

7.12　像資料庫一樣操作記憶體數據：軟體事務記憶體 359

7.13　一個有趣的例子：並發粒子群的實現 363

7.13.1　什麼是粒子群算法 364

7.13.2　粒子群算法的計算過程 364

7.13.3　粒子群算法能做什麼 366

7.13.4　使用Akka實現粒子群 367

第8章　並行程式調試 375

8.1　準備實驗樣本 375

8.2　正式起航 376

8.3　掛起整個虛擬機 379

8.4　調試進入ArrayList內部 380

第9章　多執行緒最佳化示例—Jetty核心代碼分析 385

9.1　Jetty簡介與架構 385

9.2　Jetty伺服器初始化 387

9.2.1　初始化執行緒池 387

9.2.2　初始化ScheduledExecutorScheduler 389

9.2.3　初始化ByteBufferPool 390

9.2.4　維護ConnectionFactory 393

9.2.5　計算ServerConnector的執行緒數量 394

9.3　啟動Jetty伺服器 394

9.3.1　設定啟動狀態 394

9.3.2　註冊ShutdownMonitor 395

9.3.3　計算系統的執行緒數量 395

9.3.4　啟動QueuedThreadPool 396

9.3.5　啟動Connector 396

9.4　處理HTTP請求 399

9.4.1　Accept成功 399

9.4.2　請求處理 401

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