深入理解高并发编程

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第1篇 基础知识 第1章 操作系统线程调度 2 1.1 冯·诺依曼体系结构 2 1.1.1 概述 2 1.1.2 计算机五大组成部分 3 1.2 CPU架构 5 1.2.1 CPU的组成部分 5 1.2.2 CPU逻辑结构 6 1.2.3 单核CPU的不足 8 1.2.4 多核CPU架构 8 1.2.5 多CPU架构 10 1.3 操作系统线程 11 1.3.1 用户级线程 11 1.3.2 内核级线程 12 1.3.3 混合级线程 14 1.4 Java线程与操作系统线程的关系 15 1.5 本章总结 16 第2章 并发编程概述 17 2.1 并发编程的基本概念 17 2.1.1 程序 17 2.1.2 进程与线程 17 2.1.3 线程组 18 2.1.4 用户线程与守护线程 19 2.1.5 并行与并发 20 2.1.6 同步与异步 21 2.1.7 共享与独享 21 2.1.8 临界区 22 2.1.9 阻塞与非阻塞 22 2.2 并发编程的风险 22 2.2.1 安全性问题 22 2.2.2 活跃性问题 23 2.2.3 性能问题 24 2.3 并发编程中的锁 24 2.3.1 悲观锁与乐观锁 24 2.3.2 公平锁与非公平锁 25 2.3.3 独占锁与共享锁 26 2.3.4 可重入锁与不可重入锁 26 2.3.5 可中断锁与不可中断锁 26 2.3.6 读/写锁 27 2.3.7 自旋锁 27 2.3.8 死锁、饥饿与活锁 27 2.4 本章总结 28 第2篇 核心原理 第3章 并发编程的三大核心问题 30 3.1 分工问题 30 3.1.1 类比现实案例 30 3.1.2 并发编程中的分工 32 3.2 同步问题 32 3.2.1 类比现实案例 33 3.2.2 并发编程中的同步 33 3.3 互斥问题 35 3.3.1 类比现实案例 35 3.3.2 并发编程中的互斥 35 3.4 本章总结 36 第4章 并发编程的本质问题 37 4.1 计算机的核心矛盾 37 4.1.1 核心矛盾概述 37 4.1.2 CPU如何解决核心矛盾 38 4.1.3 操作系统如何解决核心矛盾 38 4.1.4 编译程序如何解决核心矛盾 38 4.1.5 引发的问题 39 4.2 原子性 39 4.2.1 原子性概述 39 4.2.2 原子性问题 41 4.2.3 Java中的原子性问题 42 4.2.4 原子性问题总结 46 4.3 可见性 46 4.3.1 可见性概述 46 4.3.2 可见性问题 47 4.3.3 Java中的可见性问题 49 4.3.4 可见性问题总结 51 4.4 有序性 51 4.4.1 有序性概述 51 4.4.2 有序性问题 52 4.4.3 Java中的有序性问题 53 4.4.4 有序性问题总结 56 4.5 解决方案 57 4.5.1 原子性问题解决方案 57 4.5.2 可见性与有序性问题解决方案 57 4.6 本章总结 58 第5章 原子性的核心原理 59 5.1 原子性原理 59 5.2 处理器保证原子性 60 5.2.1 CPU保证基本内存操作的原子性 60 5.2.2 总线锁保证原子性 60 5.2.3 缓存锁保证原子性 62 5.3 互斥锁保证原子性 62 5.3.1 互斥锁模型 62 5.3.2 优化后的互斥锁模型 63 5.4 CAS保证原子性 64 5.5 本章总结 64 第6章 可见性与有序性核心原理 65 6.1 CPU多级缓存架构 65 6.1.1 CPU为何使用多级缓存架构 65 6.1.2 CPU多级缓存架构原理 66 6.1.3 CPU的计算流程 67 6.2 缓存一致性 68 6.2.1 什么是缓存一致性 68 6.2.2 缓存一致性协议 69 6.2.3 MESI协议缓存状态 70 6.2.4 MESI协议的状态转换 70 6.2.5 MESI协议带来的问题 76 6.3 伪共享 76 6.3.1 伪共享的概念 76 6.3.2 伪共享产生的场景 77 6.3.3 如何解决伪共享问题 77 6.4 volatile核心原理 78 6.4.1 保证可见性核心原理 78 6.4.2 保证有序性核心原理 79 6.4.3 volatile的局限性 81 6.5 内存屏障 82 6.5.1 编译器重排序 82 6.5.2 CPU重排序 83 6.5.3 as-if-serial原则 83 6.5.4 计算机硬件实现的内存屏障 84 6.6 Java内存模型 84 6.6.1 Java内存模型的概念 85 6.6.2 Java内存模型的八大操作 85 6.6.3 Java内存模型解决可见性与有序性问题 87 6.7 Happens-Before原则 90 6.7.1 Happens-Before原则概述 90 6.7.2 程序次序原则 90 6.7.3 volatile变量原则 91 6.7.4 传递原则 91 6.7.5 锁定原则 91 6.7.6 线程启动原则 92 6.7.7 线程终结原则 93 6.7.8 线程中断原则 93 6.7.9 对象终结原则 94 6.8 本章总结 95 第7章 synchronized核心原理 96 7.1 synchronized用法 96 7.1.1 同步实例方法 97 7.1.2 同步静态方法 98 7.1.3 同步代码块 99 7.2 Java对象结构 102 7.2.1 对象结构总览 102 7.2.2 对象头 103 7.2.3 实例数据 103 7.2.4 对齐填充 103 7.3 Java对象头 104 7.3.1 Mark Word 104 7.3.2 类型指针 106 7.3.3 数组长度 106 7.4 使用JOL查看对象信息 107 7.4.1 引入JOL环境依赖 107 7.4.2 打印对象信息 107 7.4.3 打印对象锁状态 109 7.5 synchronized核心原理 115 7.5.1 synchronized底层原理 115 7.5.2 Monitor锁原理 116 7.5.3 反编译synchronized方法 118 7.5.4 反编译synchronized代码块 119 7.6 偏向锁 121 7.6.1 偏向锁核心原理 122 7.6.2 偏向锁的撤销 122 7.6.3 偏向锁案例 123 7.7 轻量级锁 124 7.7.1 轻量级锁核心原理 124 7.7.2 轻量级锁案例 126 7.8 重量级锁 127 7.8.1 重量级锁核心原理 127 7.8.2 重量级锁案例 127 7.9 锁升级的过程 129 7.10 锁消除 130 7.11 本章总结 131 第8章 AQS核心原理 132 8.1 AQS核心数据结构 132 8.1.1 AQS数据结构原理 132 8.1.2 AQS内部队列模式 133 8.2 AQS底层锁的支持 134 8.2.1 核心状态位 134 8.2.2 核心节点类 135 8.2.3 独占锁模式 137 8.2.4 共享锁模式 142 8.3 本章总结 145 第9章 Lock锁核心原理 146 9.1 显示锁 146 9.2 公平锁与非公平锁 148 9.2.1 公平锁原理 148 9.2.2 ReentrantLock中的公平锁 149 9.2.3 公平锁实战 153 9.2.4 非公平锁原理 154 9.2.5 ReentrantLock中的非公平锁 156 9.2.6 非公平锁实战 159 9.3 悲观锁与乐观锁 159 9.3.1 悲观锁原理 160 9.3.2 悲观锁实战 160 9.3.3 乐观锁原理 162 9.3.4 乐观锁实战 162 9.4 可中断锁与不可中断锁 163 9.4.1 可中断锁原理 163 9.4.2 可中断锁实战 164 9.4.3 不可中断锁原理 166 9.4.4 不可中断锁实战 166 9.5 排他锁与共享锁 167 9.5.1 排他锁原理 167 9.5.2 排他锁实战 167 9.5.3 共享锁原理 169 9.5.4 共享锁实战 169 9.6 可重入锁 170 9.6.1 可重入锁原理 170 9.6.2 可重入锁实战 172 9.7 读/写锁 175 9.7.1 读/写锁原理 175 9.7.2 ReadWriteLock读/写锁 176 9.7.3 ReadWriteLock锁降级 177 9.7.4 StampedLock读/写锁 178 9.7.5 StampedLock锁的升级与降级 179 9.7.6 读/写锁实战 182 9.8 LockSupport 185 9.8.1 LockSupport原理 185 9.8.2 LockSupport实战 185 9.9 本章总结 187 第10章 CAS核心原理 188 10.1 CAS的基本概念 188 10.2 CAS的核心类Unsafe 189 10.2.1 Unsafe类的核心方法 190 10.2.2 Unsafe类实战 192 10.3 使用CAS实现count++ 194 10.3.1 案例分析 194 10.3.2 程序实现 194 10.3.3 测试程序 198 10.4 ABA问题 199 10.4.1 ABA问题概述 199 10.4.2 ABA问题解决方案 200 10.4.3 Java如何解决ABA问题 200 10.5 本章总结 202 第11章 死锁的核心原理 203 11.1 死锁的基本概念 203 11.2 死锁的分析 204 11.2.1 线程不安全 204 11.2.2 串行执行 206 11.2.3 发生死锁 208 11.3 形成死锁的必要条件 210 11.4 死锁的预防 210 11.5 本章总结 216 第12章 锁优化 217 12.1 缩小锁的范围 217 12.2 减小锁的粒度 219 12.3 锁分离 220 12.4 锁分段 221 12.5 锁粗化 221 12.6 避免热点区域问题 222 12.7 独占锁的替换方案 223 12.8 其他优化方案 223 12.9 本章总结 223 第13章 线程池核心原理 224 13.1 线程池的核心状态 224 13.1.1 核心状态说明 224 13.1.2 核心状态的流转过程 225 13.2 线程池的创建方式 227 13.2.1 通过Executors类创建线程池 227 13.2.2 通过ThreadPoolExecutor类创建线程池 229 13.2.3 通过ForkJoinPool类创建线程池 232 13.2.4 通过ScheduledThreadPoolExecutor类创建线程池 234 13.3 线程池执行任务的核心流程 235 13.3.1 执行任务的流程 235 13.3.2 拒绝策略 237 13.4 线程池的关闭方式 238 13.4.1 shutdown()方法 238 13.4.2 shutdownNow()方法 238 13.5 如何确定最佳线程数 238 13.5.1 CPU密集型程序 238 13.5.2 I/O密集型程序 239 13.6 本章总结 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类源码 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变量的不继承性 247 14.5 InheritableThreadLocal的使用案例 249 14.6 InheritableThreadLocal的核心原理 250 14.7 本章总结 253 第3篇 实战案例 第15章 手动开发线程池实战 256 15.1 案例概述 256 15.2 项目搭建 257 15.3 核心类实现 257 15.3.1 定义核心字段 257 15.3.2 创建内部类WorkThread 258 15.3.3 创建线程池的构造方法 259 15.3.4 创建执行任务的方法 260 15.3.5 创建关闭线程池的方法 260 15.3.6 完整源代码示例 260 15.4 测试程序 262 15.5 本章总结 264 第16章 基于CAS实现自旋锁实战 265 16.1 案例概述 265 16.2 项目搭建 266 16.3 核心类实现 266 16.3.1 CasLock接口实现 266 16.3.2 MyCasLock类实现 267 16.4 测试程序 268 16.5 本章总结 270 第17章 基于读/写锁实现缓存实战 271 17.1 案例概述 271 17.2 项目搭建 272 17.3 核心类实现 272 17.3.1 ReadWriteCache核心接口的实现 272 17.3.2 ConcurrentReadWriteCache核心类的实现 273 17.4 测试程序 278 17.5 本章总结 279 第18章 基于AQS实现可重入锁实战 280 18.1 案例概述 280 18.2 项目搭建 281 18.3 核心类实现 281 18.3.1 AQSSync内部类的实现 281 18.3.2 ReentrantAQSLock核心类的实现 284 18.3.3 完整源代码 285 18.4 测试程序 287 18.5 本章总结 290 第4篇 系统架构 第19章 深度解密分布式锁架构 292 19.1 锁解决的本质问题 292 19.2 电商超卖问题 292 19.2.1 超卖问题概述 293 19.2.2 超卖问题案例 293 19.3 JVM提供的锁 295 19.3.1 JVM锁的原理 295 19.3.2 JVM锁的不足 295 19.4 分布式锁 297 19.4.1 分布式锁的实现方法 297 19.4.2 分布式锁的基本要求 298 19.5 CAP理论与分布式锁模型 298 19.5.1 CAP理论 298 19.5.2 基于Redis的AP架构模型 299 19.5.3 基于Zookeeper的CP架构模型 299 19.5.4 AP架构模型的问题与解决方案 300 19.6 基于Redis实现分布式锁 301 19.6.1 Redis命令分析 301 19.6.2 引入分布式锁 302 19.6.3 引入try-finally代码块 303 19.6.4 引入Redis超时机制 304 19.6.5 加锁操作原子化 305 19.6.6 误删锁分析 307 19.6.7 实现加锁和解锁归一化 308 19.6.8 可重入性分析 309 19.6.9 解决可重入性问题 311 19.6.10 实现锁的阻塞性 313 19.6.11 解决锁失效问题 315 19.6.12 解锁操作原子化 321 19.7 本章总结 322 第20章 深度解密秒杀系统架构 323 20.1 电商系统架构 323 20.2 秒杀系统的特点 326 20.2.1 秒杀系统的业务特点 326 20.2.2 秒杀系统的技术特点 327 20.3 秒杀系统的方案 328 20.3.1 秒杀系统的三个阶段 328 20.3.2 秒杀系统的性能优化 329 20.4 秒杀系统设计 330 20.4.1 同步下单流程 330 20.4.2 异步下单流程 332 20.5 扣减库存设计 336 20.5.1 下单减库存 336 20.5.2 付款减库存 337 20.5.3 预扣减库存 337 20.5.4 扣减库存问题的解决方案 337 20.5.5 秒杀系统扣减库存方案 338 20.6 Redis助力秒杀系统 338 20.6.1 Redis实现扣减库存 338 20.6.2 完美解决超卖问题 340 20.6.3 Redis分割库存 341 20.6.4 缓存穿透技术 342 20.7 服务器性能优化 343 20.7.1 操作系统参数 343 20.7.2 优化套接字缓冲区 344 20.7.3 优化频繁接收大文件 345 20.7.4 优化TCP连接 346 20.8 本章总结 347

冰河，互联网资深技术专家、MySQL 技术专家、分布式与微服务架构专家。 多年来一直致力于分布式系统架构、微服务、分布式数据库、分布式事务与大数据技术的研究，在高并发、高可用、高可扩展性、高可维护性和大数据等领域拥有丰富的架构经验。 可视化多数据源数据异构中间件 mykit-data 作者，畅销书《深入理解分布式事务：原理与实战》《海量数据处理与大数据技术实战》和《MySQL 技术大全：开发、优化与运维实战》作者，“冰河技术”微信公众号作者。

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• 通俗易懂，不深入，不全面

  来源：豆瓣 发布时间：2025-05-10 13:38:51