第 1 章 简介

为什么需要并发

1. 简化编程模型
2. 充分利用计算资源

多线程带来的风险点

1. 安全性，内存共享
2. 活跃性，死锁
3. 性能问题，线程切换开销

第 2 章 线程安全性

核心准则

编写线程安全的代码，核心在于要对状态访问操作进行管理，特别是对 共享的（shared） 和 可变的（mutable） 状态进行访问。
解决办法：

1. 避免之，不在线程之间共享状态，或将状态变量设置为不可变。
2. 解决之，在访问状态变量时使用同步。

线程安全性

核心在于 正确性 。当多个线程访问某个类时，不管运行时环境采用何种调度方式或者这些线程将如何交替执行，并且在主调代码中不需要任何额外的同步或协同，这个类都能表现出正确的行为，那么就称这个类是线程安全的。

第 3 章 对象的共享

1. 可见性
   指令重排序导致读到失效数据，加锁的含义不局限于互斥行为，还包括内存可见性。
   Volatile，确保可见性，关键字修饰的变量不会被缓存，其操作也不会被编译器和运行时与其它内存操作重排序。
   加锁机制既可保证可见性和原子性，Volatile只确保可见性。
2. 发布和逸出
   发布一个对象的意思是指，使对象能够在当前作用域之外的代码中使用。如将一个对象的引用，保存到其它代码可以访问的地方。
   确保对象和内部状态不被发布，以避免破坏线程安全性。
3. 线程封闭
   仅在单线程内访问数据，此时不需要同步，即线程封闭，是实现线程安全性的最简单方式之一。
   3.1 栈封闭
   以局部变量的方式访问对象。局部变量的固有属性是封闭在执行线程栈中，其它线程无法访问这个栈。
   3.2 ThreadLocal类
   维持线程封闭性一种更规范的做法是使用ThreadLocal，每个使用该变量的线程都拥有独立副本。
   ThreadLocal变量类似于全局变量，降低代码的可重用性，并在类之间引入隐含的耦合性。
4. 不变性
   不可变对象一定是线程安全的。
5. 安全发布
   要安全发布一个对象，对象的引用及其状态必须同时对其它线程可见。
   5.1 在静态初始化块中初始化一个对象引用
   5.2 将对象的引用保存到volatile类型的域或者AtomicReference对象中。
   5.3 将对象的引用保存到正确构造对象的final域中。
   5.4 将对象的引用保存到一个由锁保护的域中。

第 4 章 对象的组合

1. 设计线程安全的类
   在设计线程安全类过程中，需要包含以下三个要素。
   a) 找出构成对象状态的所有变量
   b) 找出约束状态变量的不变性条件
   c) 建立对象状态的并发访问策略
2. 实例封闭
   将数据封装在对象内部，可以将数据的访问限制在对象的方法上，从而更容易确保线程在访问数据时总能持有正确的锁。

第 5 章 基础构建模块

第 6 章 任务执行

1. 在线程中执行任务
   找出清晰的任务边界，以任务执行构造并发程序。
   单线程串行执行任务，无法提供高吞吐率或快速响应性
   一个任务一个线程，存在线程开销、资源消耗、稳定性问题
2. Executor框架
   通过有界队列来防止高负荷的应用程序消耗内存
   基于生产者-消费者模式，解耦任务提交和执行
3. 找出可利用的并行性
   Runnable 不带返回结果的任务
   Callable 带返回结果的任务
   Future 表示一个任务的生命周期
   CompletionService = Executor(异步执行任务) + BlockingQueue（保存任务结果），相当于一组计算的句柄

第 11 章 性能与可伸缩性

1. 对性能的思考
   性能：用更少的资源做更多的事情
   通过并发提高性能需要做好两点：
   a 更有效的利用现有处理资源
   b 在出现新的处理资源时使程序尽可能地利用这些新资源
   可伸缩性：当增加计算资源时，程序的吞吐量或者处理能力能够相应的增加
   性能调优：多快，目的是用更小的代价完成同样的任务
   可伸缩性调优：多少，设法将问题的计算并行化，从而能利用更多的计算资源来完成更多的工作
2. Amdahl定律
   在增加计算资源的情况下，程序理论上能够实现的最高加速比，取决于程序中可并行组件和串行组件的比重。
3. 线程引入的开销
   a 上下文切换
   b 内存同步
   c 阻塞
   自旋等待 Spin-Waiting，通过循环不断尝试获取锁，直到成功，适用于等待时间短的锁竞争
   线程挂起，通过操作系统挂起被阻塞的线程，适用于等待时间较长的锁竞争
4. 减少锁的竞争
   发生锁竞争的两个因素：锁的请求频率，锁的持有时间

第 15 章 原子变量和非阻塞同步机制

非阻塞算法，用底层的原子机器指令代替锁来确保锁在并发访问中的一致性。通过底层的并发原语来维持线程的安全性，这些底层原语通过原子变量类向外公开。

2. 硬件对并发的支持
   乐观锁：借助冲突检查机制来判断在更新过程中是否存在来自其它线程的干扰，如果存在，这个操作将失败，并且可以重试。
   CAS：比较交换
3. 非阻塞算法
   创建非阻塞算法的关键在于，找出如何将原子修改的范围缩小到单个变量上，同时还要维护数据的一致性。