深入理解高并發(fā)編程：核心原理與案例實(shí)戰(zhàn)

第1篇 基礎(chǔ)知識
第1章 操作系統(tǒng)線程調(diào)度 2
1.1 馮·諾依曼體系結(jié)構(gòu) 2
1.1.1 概述 2
1.1.2 計(jì)算機(jī)五大組成部分 3
1.2 CPU架構(gòu) 5
1.2.1 CPU的組成部分 5
1.2.2 CPU邏輯結(jié)構(gòu) 6
1.2.3 單核CPU的不足 8
1.2.4 多核CPU架構(gòu) 8
1.2.5 多CPU架構(gòu) 10
1.3 操作系統(tǒng)線程 11
1.3.1 用戶級線程 11
1.3.2 內(nèi)核級線程 12
1.3.3 混合級線程 14
1.4 Java線程與操作系統(tǒng)線程的關(guān)系 15
1.5 本章總結(jié) 16
第2章 并發(fā)編程概述 17
2.1 并發(fā)編程的基本概念 17
2.1.1 程序 17
2.1.2 進(jìn)程與線程 17
2.1.3 線程組 18
2.1.4 用戶線程與守護(hù)線程 19
2.1.5 并行與并發(fā) 20
2.1.6 同步與異步 21
2.1.7 共享與獨(dú)享 21
2.1.8 臨界區(qū) 22
2.1.9 阻塞和非阻塞 22
2.2 并發(fā)編程的風(fēng)險(xiǎn) 22
2.2.1 安全性問題 22
2.2.2 活躍性問題 23
2.2.3 性能問題 24
2.3 并發(fā)編程中的鎖 24
2.3.1 悲觀鎖與樂觀鎖 24
2.3.2 公平鎖與非公平鎖 25
2.3.3 獨(dú)占鎖與共享鎖 26
2.3.4 可重入鎖與不可重入鎖 26
2.3.5 可中斷鎖與不可中斷鎖 26
2.3.6 讀/寫鎖 27
2.3.7 自旋鎖 27
2.3.8 死鎖、饑餓與活鎖 27
2.4 本章總結(jié) 28
第2篇 核心原理
第3章 并發(fā)編程的三大核心問題 30
3.1 分工問題 30
3.1.1 類比現(xiàn)實(shí)案例 30
3.1.2 并發(fā)編程中的分工 32
3.2 同步問題 32
3.2.1 類比現(xiàn)實(shí)案例 33
3.2.2 并發(fā)編程中的同步 33
3.3 互斥問題 35
3.3.1 類比現(xiàn)實(shí)案例 35
3.3.2 并發(fā)編程中的互斥 35
3.4 本章總結(jié) 36
第4章 并發(fā)編程的本質(zhì)問題 37
4.1 計(jì)算機(jī)的核心矛盾 37
4.1.1 核心矛盾概述 37
4.1.2 CPU如何解決核心矛盾 38
4.1.3 操作系統(tǒng)如何解決核心矛盾 38
4.1.4 編譯程序如何解決核心矛盾 38
4.1.5 引發(fā)的問題 39
4.2 原子性 39
4.2.1 原子性概述 39
4.2.2 原子性問題 41
4.2.3 Java中的原子性問題 42
4.2.4 原子性問題總結(jié) 46
4.3 可見性 46
4.3.1 可見性概述 46
4.3.2 可見性問題 47
4.3.3 Java中的可見性問題 49
4.3.4 可見性問題總結(jié) 51
4.4 有序性 51
4.4.1 有序性概述 51
4.4.2 有序性問題 52
4.4.3 Java中的有序性問題 53
4.4.4 有序性問題總結(jié) 56
4.5 解決方案 57
4.5.1 原子性問題解決方案 57
4.5.2 可見性與有序性問題解決方案 57
4.6 本章總結(jié) 58
第5章 原子性的核心原理 59
5.1 原子性原理 59
5.2 處理器保證原子性 60
5.2.1 CPU保證基本內(nèi)存操作的原子性 60
5.2.2 總線鎖保證原子性 60
5.2.3 緩存鎖保證原子性 62
5.3 互斥鎖保證原子性 62
5.3.1 互斥鎖模型 62
5.3.2 優(yōu)化后的互斥鎖模型 63
5.4 CAS保證原子性 64
5.5 本章總結(jié) 64
第6章 可見性與有序性核心原理 65
6.1 CPU多級緩存架構(gòu) 65
6.1.1 CPU為何使用多級緩存架構(gòu) 65
6.1.2 CPU多級緩存架構(gòu)原理 66
6.1.3 CPU的計(jì)算流程 67
6.2 緩存一致性 68
6.2.1 什么是緩存一致性 68
6.2.2 緩存一致性協(xié)議 69
6.2.3 MESI協(xié)議緩存狀態(tài) 70
6.2.4 MESI協(xié)議的狀態(tài)轉(zhuǎn)換 70
6.2.5 MESI協(xié)議帶來的問題 76
6.3 偽共享 76
6.3.1 偽共享的概念 76
6.3.2 偽共享產(chǎn)生的場景 77
6.3.3 如何解決偽共享問題 77
6.4 volatile核心原理 78
6.4.1 保證可見性核心原理 78
6.4.2 保證有序性核心原理 79
6.4.3 volatile的局限性 81
6.5 內(nèi)存屏障 82
6.5.1 編譯器重排序 82
6.5.2 CPU重排序 83
6.5.3 as-if-serial原則 83
6.5.4 計(jì)算機(jī)硬件實(shí)現(xiàn)的內(nèi)存屏障 84
6.6 Java內(nèi)存模型 84
6.6.1 Java內(nèi)存模型的概念 85
6.6.2 Java內(nèi)存模型的八大操作 85
6.6.3 Java內(nèi)存模型解決可見性與有序性問題 87
6.7 Happens-Before原則 90
6.7.1 Happens-Before原則概述 90
6.7.2 程序次序原則 90
6.7.3 volatile變量原則 91
6.7.4 傳遞原則 91
6.7.5 鎖定原則 91
6.7.6 線程啟動原則 92
6.7.7 線程終結(jié)原則 93
6.7.8 線程中斷原則 93
6.7.9 對象終結(jié)原則 94
6.8 本章總結(jié) 95
第7章 synchronized核心原理 96
7.1 synchronized用法 96
7.1.1 同步實(shí)例方法 97
7.1.2 同步靜態(tài)方法 98
7.1.3 同步代碼塊 99
7.2 Java對象結(jié)構(gòu) 102
7.2.1 對象結(jié)構(gòu)總覽 102
7.2.2 對象頭 103
7.2.3 實(shí)例數(shù)據(jù) 103
7.2.4 對齊填充 103
7.3 Java對象頭 104
7.3.1 Mark Word 104
7.3.2 類型指針 106
7.3.3 數(shù)組長度 106
7.4 使用JOL查看對象信息 107
7.4.1 引入JOL環(huán)境依賴 107
7.4.2 打印對象信息 107
7.4.3 打印對象鎖狀態(tài) 109
7.5 synchronized核心原理 115
7.5.1 synchronized底層原理 115
7.5.2 Monitor鎖原理 116
7.5.3 反編譯synchronized方法 118
7.5.4 反編譯synchronized代碼塊 119
7.6 偏向鎖 121
7.6.1 偏向鎖核心原理 122
7.6.2 偏向鎖的撤銷 122
7.6.3 偏向鎖案例 123
7.7 輕量級鎖 124
7.7.1 輕量級鎖核心原理 124
7.7.2 輕量級鎖案例 126
7.8 重量級鎖 127
7.8.1 重量級鎖核心原理 127
7.8.2 重量級鎖案例 127
7.9 鎖升級的過程 129
7.10 鎖消除 130
7.11 本章總結(jié) 131
第8章 AQS核心原理 132
8.1 AQS核心數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 132
8.1.1 AQS數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)原理 132
8.1.2 AQS內(nèi)部隊(duì)列模式 133
8.2 AQS底層鎖的支持 134
8.2.1 核心狀態(tài)位 134
8.2.2 核心節(jié)點(diǎn)類 135
8.2.3 獨(dú)占鎖模式 137
8.2.4 共享鎖模式 142
8.3 本章總結(jié) 145
第9章 Lock鎖核心原理 146
9.1 顯示鎖原理 146
9.2 公平鎖與非公平鎖原理 148
9.2.1 公平鎖原理 148
9.2.2 ReentrantLock中的公平鎖 149
9.2.3 公平鎖實(shí)戰(zhàn) 153
9.2.4 非公平鎖原理 154
9.2.5 ReentrantLock中的非公平鎖 156
9.2.6 非公平鎖實(shí)戰(zhàn) 159
9.3 悲觀鎖與樂觀鎖原理 159
9.3.1 悲觀鎖原理 160
9.3.2 悲觀鎖實(shí)戰(zhàn) 160
9.3.3 樂觀鎖原理 162
9.3.4 樂觀鎖實(shí)戰(zhàn) 162
9.4 可中斷鎖與不可中斷鎖原理 163
9.4.1 可中斷鎖原理 163
9.4.2 可中斷鎖實(shí)戰(zhàn) 164
9.4.3 不可中斷鎖原理 166
9.4.4 不可中斷鎖實(shí)戰(zhàn) 166
9.5 排他鎖與共享鎖原理 167
9.5.1 排他鎖原理 167
9.5.2 排他鎖實(shí)戰(zhàn) 167
9.5.3 共享鎖原理 169
9.5.4 共享鎖實(shí)戰(zhàn) 169
9.6 可重入鎖原理 170
9.6.1 可重入鎖原理 170
9.6.2 可重入鎖實(shí)戰(zhàn) 172
9.7 讀/寫鎖原理 175
9.7.1 讀/寫鎖原理 175
9.7.2 ReadWriteLock讀/寫鎖 176
9.7.3 ReadWriteLock鎖降級 177
9.7.4 StampedLock讀/寫鎖 178
9.7.5 StampedLock鎖的升級與降級 179
9.7.6 讀/寫鎖實(shí)戰(zhàn) 182
9.8 LockSupport原理 185
9.8.1 LockSupport原理 185
9.8.2 LockSupport實(shí)戰(zhàn) 185
9.9 本章總結(jié) 187
第10章 CAS核心原理 188
10.1 CAS的基本概念 188
10.2 CAS的核心類Unsafe 189
10.2.1 Unsafe類的核心方法 190
10.2.2 Unsafe類實(shí)戰(zhàn) 192
10.3 使用CAS實(shí)現(xiàn)count 194
10.3.1 案例分析 194
10.3.2 程序?qū)崿F(xiàn) 194
10.3.3 測試程序 198
10.4 ABA問題 199
10.4.1 ABA問題概述 199
10.4.2 ABA問題解決方案 200
10.4.3 Java如何解決ABA問題 200
10.5 本章總結(jié) 202
第11章 死鎖的核心原理 203
11.1 死鎖的基本概念 203
11.2 死鎖的分析 204
11.2.1 線程不安全 204
11.2.2 串行執(zhí)行 206
11.2.3 發(fā)生死鎖 208
11.3 形成死鎖的必要條件 210
11.4 死鎖的預(yù)防 210
11.5 本章總結(jié) 216
第12章 鎖優(yōu)化 217
12.1 縮小鎖的范圍 217
12.2 減小鎖的粒度 219
12.3 鎖分離 220
12.4 鎖分段 221
12.5 鎖粗化 221
12.6 避免熱點(diǎn)區(qū)域問題 222
12.7 獨(dú)占鎖的替換方案 223
12.8 其他優(yōu)化方案 223
12.9 本章總結(jié) 223
第13章 線程池核心原理 224
13.1 線程池的核心狀態(tài) 224
13.1.1 核心狀態(tài)說明 224
13.1.2 核心狀態(tài)的流轉(zhuǎn)過程 225
13.2 線程池的創(chuàng)建方式 227
13.2.1 通過Executors類創(chuàng)建線程池 227
13.2.2 通過ThreadPoolExecutor類創(chuàng)建線程池 229
13.2.3 通過ForkJoinPool類創(chuàng)建線程池 232
13.2.4 通過ScheduledThreadPoolExecutor類創(chuàng)建線程池 234
13.3 線程池執(zhí)行任務(wù)的核心流程 235
13.3.1 執(zhí)行任務(wù)的流程 235
13.3.2 拒絕策略 237
13.4 線程池的關(guān)閉方式 238
13.4.1 shutdown()方法 238
13.4.2 shutdownNow()方法 238
13.5 如何確定線程數(shù) 238
13.5.1 CPU密集型程序 238
13.5.2 I/O密集型程序 239
13.6 本章總結(jié) 239
第14章 ThreadLocal核心原理 240
14.1 ThreadLocal的基本概念 240
14.2 ThreadLocal的使用案例 241
14.3 ThreadLocal的核心原理 244
14.3.1 Thread類源碼 244
14.3.2 set()方法 244
14.3.3 get()方法 245
14.3.4 remove()方法 247
14.4 ThreadLocal變量的不繼承性 247
14.5 InheritableThreadLocal的使用案例 249
14.6 InheritableThreadLocal的核心原理 250
14.7 本章總結(jié) 253