【Java併發基礎】併發編程領域的三個問題：分工、同步和互斥

前言

能夠將Java併發編程抽象爲三個核心問題：分工、同步和互斥。
這三個問題的產生源自對性能的需求。最初時，爲提升計算機的效率，當IO在等待時不讓CPU空閒，因而就出現了分時操做系統也就出現了併發。後來，多核CPU出現，不一樣的任務能夠同時獨立運行，因而就出現了並行【分工】。有了分工後，效率獲得了很大的提高，可是爲了更合理的安排以及控制任務的進行，就須要讓進程之間能夠通訊【同步】，讓彼此知道進度的執行。分工進行提升了效率，可是卻帶來了多線程訪問共享資源會衝突的問題。因而對共享資源的訪問又須要串行化。因此，依據現實世界的作法設計了鎖等機制來使得多線程【互斥】訪問共享資源。

分工（性能）

分工的主要工做是：如何高效拆解任務並分配給線程。　　　

Java SDK併發包中的Executor、Fork/Join、Future本質上都是分工方法。
併發編程中的一些設計模型也是指導如何分工：生產者——消費者、Thread-Per-Message、Work Thread等。

　同步（性能）

在併發編程的同步，主要指的就是線程間的協做。即當一個線程執行完了，該如何通知後續任務的線程展開工做。

協做通常和分工相關。Java SDK中Executor、Fork/Join、Future本質上是分工方法可是也解決線程之間的協做問題（如Future異步調用，get()）。Java SDK裏提供的CountDownLatch、CyclicBarrier、Phaser、Exchanger也是用於解決線程之間的協做問題。

線程協做問題均可以被描述爲：當某個條件不知足時，線程須要等待，當某個條件知足使，線程須要被喚醒執行。

互斥（正確性/線程安全）

互斥指的是：在同一時刻，只容許一個線程訪問共享變量。

由於 可見性、有序性和原子性（後面會有文章介紹）問題，多個線程訪問同一個共享變量會致使結果的不肯定 。
爲了解決這三個問題，Java語言引入了內存模型，內存模型提供了一系列的規則，利用這些規則咱們能夠避免可見性問題、有序性問題，可是還不能徹底解決線程安全問題。

解決線程安全問題的核心方案仍是互斥。

實現互斥的核心技術就是鎖。 Java語言中synchronized、SDK中的各類Lock均可以解決互斥問題，可是鎖卻會帶來性能問題，因而咱們就須要平衡。

主要方案有：分場景優化，優化讀多寫少場景：ReadWriteLock、StampledLock以及無鎖結構Java SDK中的原子類；其餘方案，原理爲不共享變量或者變量只容許讀，Java中提供了Thread Local和Final關鍵字和Copy-on-write 模式。

小結

在看極客時間專欄《Java併發編程實戰》學習攻略時，感觸仍是比較深。平時學習知識都是「獨立」的，沒有一種「全局」觀念，也不多聯繫其餘一些理論來側面驗證學習的知識，致使學事後就很容易忘記。看了這篇專欄前言後，總結出：學習知識時，要跳出來看全景，鑽進去看本質。要知道每一種技術背後都應該有理論支持，而且這個理論多是跨領域的，因此，掌握技術背後的理論十分很重要！
針對Java併發編程應該要結合操做系統一塊兒來學習，如後面將要介紹的可見性、有序性和原子性。理解可見性就須要瞭解CPU和緩存的知識；理解原子性就須要理解操做系統的知識；不少無鎖算法也是和CPU緩存有關。要聯繫起CPU、內存、I/O之間的關係。

參考: [1]極客時間專欄王寶令《Java併發編程實戰》