Java 并发编程

并发编程是 Java 体系中最高阶也是最复杂的部分。

当多个线程同时访问共享资源，当 CPU 的每一个核心都被压榨到极限，当死锁、活锁、饥饿轮番出现——你需要的正是这一模块的知识。

从最基础的线程概念，到 synchronized 的锁升级，到 JUC 并发工具，到 AQS 底层原理，再到 CompletableFuture 异步编程——这条路，每一步都踩在面试的高频考点上。

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模块内容

线程与进程

理解并发的第一步，是搞清楚线程和进程的区别。

• 进程与线程的区别与关系：资源分配 vs CPU 调度、线程共享与独立区域
• 创建线程的 3 种方式：Thread / Runnable / Callable+FutureTask
• Thread 生命周期与状态转换：NEW → RUNNABLE → BLOCKED/WAITING/TIMED_WAITING → TERMINATED
• start() vs run()：为什么必须调用 start()：start0() 本地方法、线程唯一性
• sleep() vs wait() vs yield()：三大暂停方法的本质区别
• join() 与线程等待：线程汇合、底层调用 wait()
• 守护线程与用户线程：GC 线程是守护线程、JVM 退出时机

synchronized 关键字

synchronized 是 Java 最基础的同步机制，JDK 6 之后它脱胎换骨。

• synchronized 锁的是什么？对象头结构：锁的是对象不是代码、Mark Word 布局
• synchronized 修饰方法 vs 代码块：this 锁 vs Class 锁 vs 任意对象锁
• JDK 6 之后锁升级机制：偏向锁 → 轻量级锁 → 重量级锁，不可逆的过程
• 偏向锁的获取、撤销与批量重偏向：Bulk Rebiasing、Biased Locking 的代价
• 轻量级锁：CAS + 自旋：Lock Record、CAS 自旋优化
• 重量级锁：Monitor 机制与等待队列：Owner/EntryList/WaitSet、用户态与内核态切换
• 锁消除与锁粗化优化：JIT 编译器的优化手段

JUC 并发工具

Doug Lea 为我们打造了一套强大的并发工具箱。

• ReentrantLock：可重入锁与公平/非公平策略：tryLock()、公平锁 vs 非公平锁
• ReentrantLock vs synchronized 对比：特性对比表、选型建议
• ReadWriteLock：读写锁原理：读读不互斥、读写互斥、缓存实现
• StampedLock：乐观读 vs 悲观读：tryOptimisticRead、读锁降级
• Semaphore：信号量控制并发数：acquire/release、限流与令牌桶
• CountDownLatch：线程倒计时协调：一次性门栓、多线程汇总
• CyclicBarrier：循环栅栏：可循环使用、与 CountDownLatch 的区别
• Condition：精准等待与唤醒：多个条件变量、生产者-消费者队列

线程池

线程池是现代服务端开发的核心组件。

• 为什么要用线程池？：降低资源消耗、提高响应速度、可管理性
• ThreadPoolExecutor 七大参数详解：corePoolSize / maximumPoolSize / workQueue / ...
• 线程池拒绝策略对比：AbortPolicy / CallerRunsPolicy / DiscardPolicy / DiscardOldestPolicy
• 4 种常用线程池：Fixed / Cached / Single / Scheduled、OOM 陷阱
• 线程池参数配置与调优：CPU 密集型 vs IO 密集型配置
• 线程池执行流程与状态转换：五步流程图、五种状态
• ScheduledThreadPoolExecutor 定时任务原理：DelayedWorkQueue、时间调度
• Fork/Join 框架与工作窃取算法：WorkQueue、双端队列、RecursiveTask

JMM 与 volatile

Java 内存模型定义了线程间通信的规则。

• Java 内存模型：主内存与工作内存：线程间通信的两步走
• JMM 八大 Happens-Before 规则：程序顺序、监视器锁、volatile 变量、线程启动...
• volatile 可见性原理：内存屏障：Store Barrier / Load Barrier
• volatile 有序性原理：禁止指令重排序：四种内存屏障、StoreLoad
• volatile 能保证原子性吗？：i++ 不是原子操作、volatile 的局限
• DCL 单例模式与 volatile：new Singleton() 的三步、为什么要 volatile

CAS 与原子类

无锁编程的核心——CAS 是高性能并发的基础。

• CAS 原理与三大问题：ABA 问题、循环开销、范围限制
• AtomicInteger/AtomicLong 源码解析：Unsafe、CAS + 自旋、lazySet
• AtomicReference 与 ABA 问题：引用级别的原子操作
• AtomicStampedReference：解决 ABA 问题：版本号机制
• LongAdder vs AtomicLong 高并发性能对比：Cell[] 分散计数、空间换时间

并发安全与死锁

线程安全是并发编程的终极目标，死锁是它最大的敌人。

• 线程安全三大特性：原子性、可见性、有序性
• 死锁产生的 4 个必要条件：互斥、占有并等待、不可抢占、循环等待
• 死锁定位与排查方法：jstack 定位、VisualVM 分析
• 如何避免死锁：破坏四大条件：资源有序分配、一次性申请所有资源
• 活锁与饥饿：活锁的随机退避策略
• 生产者-消费者问题：wait()/notify() 实现、BlockingQueue 实现
• 哲学家就餐问题：死锁的经典模型、解决方案

AQS 原理

AQS 是 JUC 中几乎所有同步器的底层框架。

• AQS 核心思想：state + FIFO 队列：volatile state、CLH 队列变体
• AQS 两种模式：独占锁与共享锁：ReentrantLock vs CountDownLatch
• AQS 实现 ReentrantLock 源码解析：公平锁 vs 非公平锁
• AQS 实现 CountDownLatch 源码解析：state 递减、共享模式

Future 与异步编程

从同步到异步，Java 走过了漫长的路。

• Callable、Future、FutureTask 三者关系：FutureTask 是桥梁
• Future 局限性：get() 阻塞与无法链式调用：回调地狱的起源
• JDK Future 接口方法详解：get() / cancel() / isDone()
• CompletableFuture 优势：异步 + 链式编排：JDK 8 的异步革命
• CompletableFuture 创建方式：supplyAsync / runAsync / completedFuture
• CompletableFuture 默认线程池：ForkJoinPool.commonPool()
• CompletableFuture 常用方法速查表：17 个方法一表打尽
• thenApply / thenApplyAsync：同步与异步转换
• thenAccept / thenRun：消费结果与最终动作
• thenCompose：扁平化链式调用：解决回调地狱的核心方法
• thenCombine / thenAcceptBoth：合并两个 CompletableFuture
• allOf / anyOf：批量等待与最先完成：多任务聚合
• exceptionally / whenComplete / handle：三种异常处理方式
• CompletableFuture vs ParallelStream vs 响应式编程：选型指南
• CompletableFuture 性能调优：自定义线程池、最佳实践
• 并行流 ParallelStream 原理：Spliterator、ForkJoinPool
• Java 异步编程模式总结：Callback → Future → CompletableFuture → 响应式

其他重要主题

• ThreadLocal 原理与内存泄漏：ThreadLocalMap、弱引用、remove() 的必要性
• Java 并发面试高频问题汇总：十大高频题完整解答

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学习路线建议

第一阶段：线程基础 → synchronized → volatile → JMM（Happens-Before）
         ↓
第二阶段：CAS → 原子类 → ReentrantLock → AQS 原理（深度理解底层）
         ↓
第三阶段：线程池 → JUC 工具 → CompletableFuture（工程实践）
         ↓
第四阶段：死锁 → 生产者消费者 → 面试汇总（查漏补缺）

面试核心考点

高频考点	关联文档
synchronized 锁升级	锁升级机制、偏向锁、轻量级锁、重量级锁
volatile 原理	可见性、有序性、DCL 单例
HashMap vs ConcurrentHashMap	JDK 7 分段锁、JDK 8 CAS+synchronized
线程池参数与拒绝策略	七大参数、拒绝策略、四种线程池
死锁条件与排查	死锁四个条件、排查方法、预防策略
JMM 与 happens-before	JMM、八大规则
CAS 的 ABA 问题	CAS 原理、AtomicStampedReference
ThreadLocal 内存泄漏	ThreadLocal