Java并发编程的基本概念：线程、锁、同步、并发集合等

Java并发编程核心机制解析

一、线程基础与生命周期

1.1 线程创建方式

Java提供两种基础线程创建方式：

// 继承Thread类
class MyThread extends Thread {
    public void run() {
        System.out.println("Thread方式创建");
    }
}

// 实现Runnable接口
class MyRunnable implements Runnable {
    public void run() {
        System.out.println("Runnable方式创建");
    }
}

// 启动线程
new MyThread().start();
new Thread(new MyRunnable()).start();

1.2 线程状态转换

线程生命周期包含6种状态：

• NEW：创建未启动
• RUNNABLE：可运行状态
• BLOCKED：等待监视器锁
• WAITING：无限期等待
• TIMED_WAITING：限期等待
• TERMINATED：终止状态

二、同步控制机制

2.1 synchronized关键字

// 同步方法
public synchronized void increment() {
    count++;
}

// 同步代码块
public void update() {
    synchronized(this) {
        // 临界区代码
    }
}

2.2 volatile变量

private volatile boolean flag = false;

保证可见性与禁止指令重排，但不保证原子性

三、锁机制演进

3.1 ReentrantLock

Lock lock = new ReentrantLock();
public void performAction() {
    lock.lock();
    try {
        // 临界区操作
    } finally {
        lock.unlock();
    }
}

支持公平锁、可中断获取锁等特性

3.2 读写锁

ReadWriteLock rwLock = new ReentrantReadWriteLock();
Lock readLock = rwLock.readLock();
Lock writeLock = rwLock.writeLock();

实现读共享、写独占的访问控制

四、并发集合框架

4.1 ConcurrentHashMap

ConcurrentHashMap<String, Integer> map = new ConcurrentHashMap<>();
map.computeIfAbsent("key", k -> 1);

采用分段锁技术实现高效并发访问

4.2 BlockingQueue

BlockingQueue<String> queue = new LinkedBlockingQueue<>(10);
// 生产者
queue.put("data");
// 消费者
String data = queue.take();

实现生产者-消费者模式的线程安全队列

五、线程池管理

5.1 Executor框架

ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(4);
executor.submit(() -> {
    System.out.println("Task executed");
});
executor.shutdown();

5.2 核心参数配置

new ThreadPoolExecutor(
    4, // 核心线程数
    8, // 最大线程数
    60, // 空闲时间
    TimeUnit.SECONDS,
    new ArrayBlockingQueue<>(100) // 任务队列
);

六、原子操作类

6.1 AtomicInteger

AtomicInteger counter = new AtomicInteger(0);
counter.incrementAndGet();

基于CAS实现无锁线程安全操作

6.2 LongAdder

LongAdder adder = new LongAdder();
adder.add(10);

分段累加解决高并发场景下的性能问题

结语

掌握Java并发编程需要深入理解内存可见性、原子性、有序性三大特性。建议通过以下方式提升：

1. 使用java.util.concurrent工具类替代手动同步
2. 优先选择不可变对象
3. 合理使用线程池管理资源
4. 使用jstack等工具进行死锁检测

通过本文的同步原语、并发集合、线程池等核心组件的配合使用，开发者可以构建出高效稳定的并发系统。注意避免过度同步导致的性能损耗，同时警惕资源竞争引发的数据不一致问题。