Java并发编程最全详解(万字图文总结)

高并发是大型架构核心，下面我详解Java并发编程@mikechen

Java并发编程

并发编程（Concurrent Programming）：是指在同一段时间内处理多个任务的编程方式。

其核心目标是提升系统吞吐量、资源利用率和用户响应速度。

通过线程/进程切换实现“同时”处理多个任务（伪并行）。

多核CPU时代：真正利用多核资源，同时执行多个任务。

现代应用场景：Web服务器（同时处理成千上万请求）、大数据处理、实时系统等。

Java并发和并行

并发（Concurrency）：多个任务在同一时间段内交替执行。

单核CPU（并发）

任务A
  ↓
任务B
  ↓
任务C
  ↓
任务A

并行（Parallelism）：多个任务在同一时刻真正同时执行。

多核CPU（并行）

CPU1 → 任务A

CPU2 → 任务B

CPU3 → 任务C

Java线程周期

线程状态（6种）：

           start()
NEW ─────────────► RUNNABLE
                     │
                     ▼
                 RUNNING
                     │
         ┌───────────┼──────────┐
         ▼           ▼          ▼
     BLOCKED     WAITING   TIMED_WAITING
         │           │          │
         └───────────┴──────────┘
                     │
                     ▼
                TERMINATED

NEW（新建）；

RUNNABLE（可运行）；

BLOCKED（阻塞，等待锁）；

WAITING（无限等待，wait/join/park）；

TIMED_WAITING（超时等待，sleep/join(timeout)）；

TERMINATED（终止）。

Java线程创建

1. Thread

class MyThread extends Thread {
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("线程执行");
    }
}

2 Runnable（推荐）

class Task implements Runnable {

    @Override
    public void run() {

    }

}

3 Callable

Callable<String> callable = () -> {
    return "success";
};

支持返回值。

4 线程池（生产环境推荐）

ExecutorService pool =
    Executors.newFixedThreadPool(10);

Java线程池

线程池的核心思想是线程复用，避免频繁创建和销毁线程带来的内核态切换开销。

public ThreadPoolExecutor(
    int corePoolSize,               // 1. 核心线程数（常驻线程数）
    int maximumPoolSize,            // 2. 最大线程数（救急线程 + 核心线程）
    long keepAliveTime,             // 3. 空闲生存时间（非核心线程空闲多久后被销毁）
    TimeUnit unit,                  // 4. 时间单位
    BlockingQueue<Runnable> workQueue, // 5. 任务阻塞队列（存放等待执行任务的容器）
    ThreadFactory threadFactory,    // 6. 线程工厂（用于给线程起有业务意义的名字）
    RejectedExecutionHandler handler // 7. 拒绝策略（全满时的兜底处理方案）
)

工作流程：

任务提交
    │
    ▼
核心线程满？
    │
    ├── 否 → 创建线程
    │
    └── 是
            │
            ▼
        进入队列
            │
            ▼
       队列满？
            │
            ├── 否
            │
            └── 是
                    │
                    ▼
              创建非核心线程

Java内存模型

JMM（Java Memory Model）：是Java并发的基础，定义了线程如何与内存交互。

JMM (Java Memory Model) 是一套抽象的规范，它屏蔽了各种硬件和操作系统的内存访问差异。

定义了线程和主内存之间的抽象关系，用来解决并发中的可见性、原子性、有序性问题。

① 核心概念
主内存 (Main Memory)：所有线程共享的内存区域，存放所有的共享变量。

工作内存 (Work Memory)：每个线程私有的本地内存，保存了该线程使用到的主内存变量的副本。

线程不能直接读写主内存，必须在工作内存中进行，然后再刷新回主内存。

② 三大特性与解决方案
可见性：一个线程修改了共享变量，其他线程要立刻看到。

解法：使用 volatile 关键字（强制失效工作内存，直连主内存）或 synchronized。

原子性：一个或多个操作在 CPU 执行过程中不可被中断。

解法：使用 synchronized 锁或 J.U.C 的 CAS 原子类（如 AtomicInteger）。

有序性：代码的执行顺序和编写顺序一致。

解法：使用 volatile 插入内存屏障，禁止指令重排序（happens-before原则）。

Java并发工具

Java并发容器