Java多線程編程實戰指南(核心篇)pdf

2019年9月18日13:51:20 1 35
摘要

適讀人群 :本書適合有一定Java語言基礎的讀者作為入門多線程編程之用,也適合有一定多線程編程經驗的讀者作為重新梳理知識結構以提升認知層次和參考之用。
1 內容脈絡清晰,講解循序漸進,介紹系統全面。圍繞多線程編程所要解決的問題及其面臨的挑戰,展開介紹多線程編程中的相關概念、原理與技術。
2 包含豐富的實戰案例和生活化實例,案例配有源碼,并且這些源碼可以實際運行,方便讀者實驗。
3 書中包含提示、擴展閱讀等內容,以問答的形式解答多線程編程初學者經常遇到的一些疑惑和問題。

Java多線程編程實戰指南(核心篇) 內容簡介

隨著現代處理器的生產工藝從提升處理器主頻頻率轉向多核化,即在一塊芯片上集成多個處理器內核(Core),多核處理器(Multicore Processor)離我們越來越近了――如今就連智能手機這樣的消費類設備都已配備了4核乃至8核的處理器,更何況商用系統!在此背景下,以往靠單個處理器自身處理能力的提升所帶來的軟件計算性能提升的那種“免費午餐”已不復存在,這使得多線程編程在充分利用計算資源、提高軟件服務質量方面扮演了越來越重要的角色。故而,掌握多線程編程技能對廣大開發人員的重要性亦由此可見一斑。本書以基本概念、原理與方法為主線,輔以豐富的實戰案例和生活化實例,并從Java虛擬機、操作系統和硬件多個層次與角度出發,循序漸進、系統地介紹Java平臺下的多線程編程核心技術及相關工具。

Java多線程編程實戰指南(核心篇) 目錄

第一部分 多線程編程基礎

第1章 走近Java世界中的線程 2

1.1 進程、線程與任務 2

1.2 多線程編程簡介 4

1.2.1 什么是多線程編程 4

1.2.2 為什么使用多線程 4

1.3 Java線程API簡介 5

1.3.1 線程的創建、啟動與運行 5

1.3.2 Runnable接口 9

1.3.3 線程屬性 12

1.3.4 Thread類的常用方法 14

1.3.5 Thread類的一些廢棄方法 16

1.4 無處不在的線程 17

1.5 線程的層次關系 19

1.6 線程的生命周期狀態 21

1.7 線程的監視 22

1.8 多線程編程簡單運用實例 26

1.9 多線程編程的優勢和風險 27

1.10 本章小結 29

第2章 多線程編程的目標與挑戰 31

2.1 串行、并發與并行 31

2.2 競態 33

2.2.1 二維表分析法:解釋競態的結果 37

2.2.2 競態的模式與競態產生的條件 39

2.3 線程安全性 42

2.4 原子性 43

2.5 可見性 49

2.6 有序性 56

2.6.1 重排序的概念 56

2.6.2 指令重排序 57

2.6.3 存儲子系統重排序 63

2.6.4 貌似串行語義 66

2.6.5 保證內存訪問的順序性 68

2.7 上下文切換 69

2.7.1 上下文切換及其產生原因 69

2.7.2 上下文切換的分類及具體誘因 70

2.7.3 上下文切換的開銷和測量 71

2.8 線程的活性故障 73

2.9 資源爭用與調度 74

2.10 本章小結 77

第3章 Java線程同步機制 80

3.1 線程同步機制簡介 80

3.2 鎖概述 81

3.2.1 鎖的作用 82

3.2.2 與鎖相關的幾個概念 84

3.2.3 鎖的開銷及其可能導致的問題 86

3.3 內部鎖:synchronized關鍵字 86

3.4 顯式鎖:Lock接口 89

3.4.1 顯式鎖的調度 91

3.4.2 顯式鎖與內部鎖的比較 92

3.4.3 內部鎖還是顯式鎖:鎖的選用 95

3.4.4 改進型鎖:讀寫鎖 95

3.5 鎖的適用場景 99

3.6 線程同步機制的底層助手:內存屏障 99

3.7 鎖與重排序 102

3.8 輕量級同步機制:volatile關鍵字 105

3.8.1 volatile的作用 105

3.8.2 volatile變量的開銷 111

3.8.3 volatile的典型應用場景與實戰案例 111

3.9 實踐:正確實現看似簡單的單例模式 120

3.10 CAS與原子變量 126

3.10.1 CAS 127

3.10.2 原子操作工具:原子變量類 129

3.11 對象的發布與逸出 135

3.11.1 對象的初始化安全:重訪final與static 137

3.11.2 安全發布與逸出 142

3.12 本章小結 143

第4章 牛刀小試:玩轉線程 148

4.1 挖掘可并發點 148

4.2 新戰場上的老武器:分而治之 148

4.3 基于數據的分割實現并發化 149

4.4 基于任務的分割實現并發化 158

4.4.1 按任務的資源消耗屬性分割 159

4.4.2 實戰案例的啟發 169

4.4.3 按處理步驟分割 171

4.5 合理設置線程數 172

4.5.1 Amdahl's定律 172

4.5.2 線程數設置的原則 173

4.6 本章小結 177

第5章 線程間協作 179

5.1 等待與通知:wait/notify 179

5.1.1 wait/notify的作用與用法 180

5.1.2 wait/notify的開銷及問題 188

5.1.3 Object.notify()/notifyAll()的選用 191

*5.1.4 wait/notify與Thread.join() 191

5.2 Java條件變量 192

5.3 倒計時協調器:CountDownLatch 198

5.4 柵欄(CyclicBarrier) 203

5.5 生產者―消費者模式 210

5.5.1 阻塞隊列 213

5.5.2 限購:流量控制與信號量(Semaphore) 216

5.5.3 管道:線程間的直接輸出與輸入 218

5.5.4 一手交錢,一手交貨:雙緩沖與Exchanger 221

5.5.5 一個還是一批:產品的粒度 223

5.5.6 再探線程與任務之間的關系 224

5.6 對不起,打擾一下:線程中斷機制 225

5.7 線程停止:看似簡單,實則不然 228

5.7.1 生產者―消費者模式中的線程停止 233

5.7.2 實踐:Web應用中的線程停止 233

5.8 本章小結 236

第6章 保障線程安全的設計技術 240

6.1 Java運行時存儲空間 240

6.2 大公無私:無狀態對象 243

6.3 以“不變”應萬變:不可變對象 248

6.4 我有我地盤:線程特有對象 254

6.4.1 線程特有對象可能導致的問題及其規避 258

6.4.2 線程特有對象的典型應用場景 264

6.5 裝飾器模式 265

6.6 并發集合 267

6.7 本章小結 270

第7章 線程的活性故障 273

7.1 鷸蚌相爭:死鎖 273

7.1.1 死鎖的檢測 274

7.1.2 死鎖產生的條件與規避 283

7.1.3 死鎖的恢復 296

7.2 沉睡不醒的睡美人:鎖死 301

7.2.1 信號丟失鎖死 301

7.2.2 嵌套監視器鎖死 301

7.3 巧婦難為無米之炊:線程饑餓 307

7.4 屢戰屢敗,屢敗屢戰:活鎖 307

7.5 本章小結 308

第8章 線程管理 310

8.1 線程組 310

8.2 可靠性:線程的未捕獲異常與監控 311

8.3 有組織有紀律:線程工廠 316

8.4 線程的暫掛與恢復 318

8.5 線程的高效利用:線程池 320

8.5.1 任務的處理結果、異常處理與取消 326

8.5.2 線程池監控 329

8.5.3 線程池死鎖 330

8.5.4 工作者線程的異常終止 330

8.6 本章小結 331

第9章 Java異步編程 333

9.1 同步計算與異步計算 333

9.2 Java Executor框架 336

9.2.1 實用工具類Executors 337

9.2.2 異步任務的批量執行:CompletionService 339

9.3 異步計算助手:FutureTask 344

9.3.1 實踐:實現XML文檔的異步解析 345

9.3.2 可重復執行的異步任務 349

9.4 計劃任務 352

9.5 本章小結 358

第10章 Java多線程程序的調試與測試 360

10.1 多線程程序的調試技巧 360

10.1.1 使用監視點 360

10.1.2 設置暫掛策略 361

10.2 多線程程序的測試 363

10.2.1 可測試性 364

10.2.2 靜態檢查工具:FindBugs 369

10.2.3 多線程程序的代碼復審 370

10.2.4 多線程程序的單元測試:JCStress 372

10.3 本章小結 375

第二部分 多線程編程進階

第11章 多線程編程的硬件基礎與Java內存模型 378

11.1 填補處理器與內存之間的鴻溝:高速緩存 378

11.2 數據世界的交通規則:緩存一致性協議 382

11.3 硬件緩沖區:寫緩沖器與無效化隊列 386

11.3.1 存儲轉發 388

11.3.2 再探內存重排序 388

11.3.3 再探可見性 391

11.4 基本內存屏障 392

11.5 Java同步機制與內存屏障 395

11.5.1 volatile關鍵字的實現 395

11.5.2 synchronized關鍵字的實現 397

11.5.3 Java虛擬機對內存屏障使用的優化 398

11.5.4 final關鍵字的實現 398

11.6 Java內存模型 399

11.6.1 什么是Java內存模型 400

11.6.2 happen(s)-before關系 401

11.6.3 再探對象的安全發布 407

11.6.4 JSR 133 411

11.7 共享變量與性能 411

11.8 本章小結 411

第12章 Java多線程程序的性能調校 415

12.1 Java虛擬機對內部鎖的優化 415

12.1.1 鎖消除 415

12.1.2 鎖粗化 417

12.1.3 偏向鎖 419

12.1.4 適應性鎖 420

12.2 優化對鎖的使用 421

12.2.1 鎖的開銷與鎖爭用監視 421

12.2.2 使用可參數化鎖 424

12.2.3 減小臨界區的長度 428

12.2.4 減小鎖的粒度 432

12.2.5 考慮鎖的替代品 438

12.3 減少系統內耗:上下文切換 438

12.4 多線程編程的“三十六計”:多線程設計模式 440

12.5 性能的隱形殺手:偽共享 441

12.5.1 Java對象內存布局 442

12.5.2 偽共享的偵測與消除 445

12.6 本章小結 454

Web參考資源 457

參考文獻 463

Java多線程編程實戰指南(核心篇) 精彩文摘

引入無效化隊列(Invalidate Queue)之后,處理器在接收到Invalidate消息之后并不刪除消息中指定地址對應的副本數據,而是將消息存人無效化隊列之后就回復Invalidate Acknowledge消息,從而減少了寫操作執行處理器所需的等待時間。有些處理器(比如x86)可能沒有使用無效化隊列。

寫緩沖器和無效化隊列的引入又會帶來一些新的問題——內存重排序和可見性問題。

11.3.1 存儲轉發

引入寫緩沖器之后,處理器在執行讀操作的時候不能根據相應的內存地址直接讀取相應緩存行中的數據作為該操作的結果。這是因為一個處理器在更新一個變量之后緊接著又讀取該變量的值的時候,由于該處理器先前對該變量的更新結果可能仍然還停留在寫緩沖器之中,因此該變量相應的內存地址所對應的緩存行中存儲的值是該變量的舊值。這種情況下為了避免讀操作所返回的結果是一個舊值,處理器在執行讀操作的時候會根據相應的內存地址查詢寫緩沖器。如果寫緩沖器存在相應的條目,那么該條目所代表的寫操作的結果數據就會直接作為該讀操作的結果返回;否則,處理器才從高速緩存中讀取數據。這種處理器直接從寫緩沖器中讀取數據來實現內存讀操作的技術被稱為存儲轉發(Store Forwarding)。存儲轉發使得寫操作的執行處理器能夠在不影響該處理器執行讀操作的情況下將寫操作的結果存人寫緩沖器。

11.3.2再探內存重排序

寫緩沖器和無效化隊列都可能導致內存重排序。

寫緩沖器可能導致StoreLoad重排序(Stores Reordered After Loads)。StoreLoad重排序是絕大多數處理器都允許的一種內存重排序。假設處理器Processor 0和Processor 1上的兩個線程未使用任何同步措施而各自按照程序順序并依照表11—4所示的線程交錯順序執行。其中變量X、Y為共享變量,其初始值均為0,r1、r2為局部變量。當Processor 0上的線程執行到L2時,雖然在此之前S3已經被Processor 1執行完畢,但是由于S3的執行結果可能仍然還停留在Processor 1的寫緩沖器中,而一個處理器無法讀取另外一個處理器的寫緩沖器中的內容,因此Processor 0此刻讀取到的Y的值仍然是其高速緩存中存儲的該變量的初始值0。

圖書網:Java多線程編程實戰指南(核心篇)pdf

  • 我的微信
  • 掃一掃加好友
  • weinxin
  • 微信公眾號
  • 掃一掃關注(網站備用地址)
  • weinxin

發表評論

:?: :razz: :sad: :evil: :!: :smile: :oops: :grin: :eek: :shock: :???: :cool: :lol: :mad: :twisted: :roll: :wink: :idea: :arrow: :neutral: :cry: :mrgreen:

目前評論:1   其中:訪客  1   博主  0

    • icetzsr icetzsr 1

      需要本書資源