引言

并发编程并不是一门绝对独立的学科，而是一个综合学科。并发编程相干的概念和技术看上十分零散，相关度也很低，总给你一种这样的感觉：我曾经学习很多相干技术了，可还是搞不定并发编程。那如何能力学习好并发编程呢？

其实很简略，只有你能从两个方面冲破一下就能够了。一个是“跳进去，看全景”，另一个是“钻进去，看实质”。

跳进去，看全景

咱们先说“跳进去”。你应该也晓得，学习最禁忌的就是“盲人摸象”，只看到部分，而没有看到全局。所以，你须要从一个个繁多的常识和技术中“跳进去”，高屋建瓴地看并发编程。当然，这首要之事就是你建设起一张全景图。

不过，并发编程相干的常识和技术还真是盘根错节，时至今日也还没有一张广泛认可的全景图，兴许这正是很多人在并发编程方面难以冲破的起因吧。好在通过多年摸爬滚打，我本人曾经“勾画”出了一张全景图，不肯定迷信，然而在某种程度上我想它还是能够领导你学好并发编程的。

在我看来，并发编程畛域能够形象成三个外围问题：分工、同步和互斥。

1. 分工

所谓分工，相似于事实中一个组织实现一个我的项目，项目经理要拆分工作，安顿适合的成员去实现。

在并发编程畛域，你就是项目经理，线程就是我的项目组成员。工作合成和分工对于我的项目成败十分要害，不过在并发畛域里，分工更重要，它间接决定了并发程序的性能。在事实世界里，分工是很简单的，驰名数学家华罗庚曾用“烧水泡茶”的例子艰深地解说了兼顾办法（一种安顿工作过程的数学方法），“烧水泡茶”这么简略的事件都这么多说道，更何况是并发编程里的工程问题呢。

既然分工很重要又很简单，那肯定有前辈致力尝试解决过，并且也肯定有成绩。确实，在并发编程畛域这方面的成绩还是很丰硕的。Java SDK并发包里的Executor、Fork/Join、Future实质上都是一种分工办法。除此之外，并发编程畛域还总结了一些设计模式，基本上都是和分工办法相干的，例如生产者-消费者、Thread-Per-Message、Worker Thread模式等都是用来领导你如何分工的。

学习这部分内容，最佳的形式就是和事实世界做比照。例如生产者-消费者模式，能够类比一下餐馆里的大厨和服务员，大厨就是生产者，负责做菜，做完放到出菜口，而服务员就是消费者，把做好的菜给你端过来。不过，咱们常常会发现，出菜口有时候一下子出了好几个菜，服务员是能够把这一批菜同时端给你的。其实这就是生产者-消费者模式的一个长处，生产者一个一个地生产数据，而消费者能够批处理，这样就进步了性能。

2. 同步

分好工之后，就是具体执行了。在我的项目执行过程中，工作之间是有依赖的，一个工作完结后，依赖它的后续工作就能够动工了，后续工作怎么晓得能够动工了呢？这个就是靠沟通合作了，这是一项很重要的工作。

在并发编程畛域里的同步，次要指的就是线程间的合作，实质上和现实生活中的合作没区别，不过是一个线程执行完了一个工作，如何告诉执行后续工作的线程动工而已。

合作个别是和分工相干的。Java SDK并发包里的Executor、Fork/Join、Future实质上都是分工办法，但同时也能解决线程合作的问题。例如，用Future能够发动一个异步调用，当主线程通过get()办法取后果时，主线程就会期待，当异步执行的后果返回时，get()办法就主动返回了。主线程和异步线程之间的合作，Future工具类曾经帮咱们解决了。除此之外，Java SDK里提供的CountDownLatch、CyclicBarrier、Phaser、Exchanger也都是用来解决线程合作问题的。

不过还有很多场景，是须要你本人来解决线程之间的合作的。

工作中遇到的线程合作问题，基本上都能够形容为这样的一个问题：当某个条件不满足时，线程须要期待，当某个条件满足时，线程须要被唤醒执行。例如，在生产者-消费者模型里，也有相似的形容，“当队列满时，生产者线程期待，当队列不满时，生产者线程须要被唤醒执行；当队列空时，消费者线程期待，当队列不空时，消费者线程须要被唤醒执行。”

在Java并发编程畛域，解决合作问题的核心技术是管程，下面提到的所有线程合作技术底层都是利用管程解决的。管程是一种解决并发问题的通用模型，除了能解决线程合作问题，还能解决上面咱们将要介绍的互斥问题。能够这么说，管程是解决并发问题的万能钥匙。

所以说，这部分内容的学习，要害是了解管程模型，学好它就能够解决所有问题。其次是理解Java SDK并发包提供的几个线程合作的工具类的利用场景，用好它们能够妥妥地进步你的工作效率。

3. 互斥

分工、同步次要强调的是性能，但并发程序里还有一部分是对于正确性的，用专业术语叫“线程平安”。并发程序里，当多个线程同时拜访同一个共享变量的时候，后果是不确定的。不确定，则意味着可能正确，也可能谬误，当时是不晓得的。而导致不确定的次要源头是可见性问题、有序性问题和原子性问题，为了解决这三个问题，Java语言引入了内存模型，内存模型提供了一系列的规定，利用这些规定，咱们能够防止可见性问题、有序性问题，然而还不足以齐全解决线程平安问题。解决线程平安问题的外围计划还是互斥。

所谓互斥，指的是同一时刻，只容许一个线程访问共享变量。

实现互斥的核心技术就是锁，Java语言里synchronized、SDK里的各种Lock都能解决互斥问题。虽说锁解决了安全性问题，但同时也带来了性能问题，那如何保障安全性的同时又尽量进步性能呢？能够分场景优化，Java SDK里提供的ReadWriteLock、StampedLock就能够优化读多写少场景下锁的性能。还能够应用无锁的数据结构，例如Java SDK里提供的原子类都是基于无锁技术实现的。

除此之外，还有一些其余的计划，原理是不共享变量或者变量只容许读。这方面，Java提供了Thread Local和final关键字，还有一种Copy-on-write的模式。

应用锁除了要留神性能问题外，还须要留神死锁问题。

这部分内容比较复杂，往往还是跨畛域的，例如要了解可见性，就须要理解一些CPU和缓存的常识；要了解原子性，就须要了解一些操作系统的常识；很多无锁算法的实现往往也须要了解CPU缓存。这部分内容的学习，须要博览群书，在大脑里建设起CPU、内存、I/O执行的模拟器。这样遇到问题就能得心应手了。

跳进去，看全景，能够让你的常识成体系，所学常识也融汇贯通起来，由点成线，由线及面，画出本人的常识全景图。并发编程全景图之思维导图如下：

钻进去，看实质

然而光跳进去还不够，还须要下一步，就是在某个问题上钻进去，深刻了解，找到实质。

就拿我集体来说，我曾经烦透了去讲述或被讲述一堆概念和论断，而不剖析这些概念和论断是怎么来的，以及它们是用来解决什么问题的。在大学里，这样的教材很风行，间接导致了芸芸学子问题很高，但解决问题的能力很差。其实，知其然知其所以然，才算真的学明确了。

我属于实践派，我认为工程上的解决方案，肯定要有实践做根底。所以在学习并发编程的过程中，我都会摸索它背地的实践是什么。比方，当看到Java SDK外面的条件变量Condition的时候，我会下意识地问，“它是从哪儿来的？是Java的特有概念，还是一个通用的编程概念？”当我晓得它来自管程的时候，我又会问，“管程被提出的背景和解决的问题是什么？”这样一路摸索下来，我发现Java语言里的并发技术根本都是有实践根底的，并且这些实践在其余编程语言里也有相似的实现。所以我认为，技术的实质是背地的实践模型。

小结

当初我学习Java并发编程的时候，试图上来就看Java SDK的并发包，然而很快就放弃了。起因是我感觉货色太多，目迷五色的，尽管借助网络上的技术文章，感觉都看懂了，然而很快就又忘了。理论利用的时候大脑也一片空白，基本不晓得从哪里下手，有时候好不容易解决了个问题，也不晓得这个计划是不是适合的。

我晓得根本原因是，我的并发常识还没有成体系。

我想，要让本人的常识成体系，肯定要开掘Java SDK并发包背地的设计理念。Java SDK并发包是并发巨匠Doug Lea设计的，他肯定不是随便设计的，肯定是三思而行的，其背地是Doug Lea对并发问题的粗浅意识。惋惜这个设计的思维目前并没有相干的论文，所以只能本人推敲了。

分工、同步和互斥的全景图，是我对并发问题的集体总结，不肯定正确，然而能够帮忙我疾速建设解决并发问题的思路，梳理并发编程的常识，加深意识。我将其分享给你，心愿对你也有用。

对于某个具体的技术，我倡议你摸索它背地的实践实质，实践的利用面更宽，一项优良的实践往往在多个语言中都有体现，在多个不同畛域都有利用。所以探究实践实质，既能加深对技术自身的了解，也能拓展常识深度和广度，这是个一举多得的办法。这方面，心愿咱们一起探讨，共同进步。