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第1章 简介1

1.1并发简史1

1.2线程的优势2

1.2.1发挥多处理器的强大能力2

1.2.2建模的简单性3

1.2.3异步事件的简化处理3

1.2.4响应更灵敏的用户界面4

1.3线程带来的风险4

1.3.1安全性问题5

1.3.2活跃性问题7

1.3.3性能问题7

1.4线程无处不在7

第一部分 基础知识11

第2章 线程安全性11

2.1什么是线程安全性13

2.2原子性14

2.2.1竞态条件15

2.2.2示例：延迟初始化中的竞态条件16

2.2.3复合操作17

2.3加锁机制18

2.3.1内置锁20

2.3.2重入21

2.4用锁来保护状态22

2.5活跃性与性能23

第3章 对象的共享27

3.1可见性27

3.1.1失效数据28

3.1.2非原子的64位操作29

3.1.3加锁与可见性30

3.1.4 Volatile变量30

3.2发布与逸出32

3.3线程封闭35

3.3.1 Ad-hoc线程封闭35

3.3.2栈封闭36

3.3.3 ThreadLocal类37

3.4不变性38

3.4.1 Final域39

3.4.2示例：使用Volatile类型来发布不可变对象40

3.5安全发布41

3.5.1不正确的发布：正确的对象被破坏42

3.5.2不可变对象与初始化安全性42

3.5.3安全发布的常用模式43

3.5.4事实不可变对象44

3.5.5可变对象44

3.5.6安全地共享对象44

第4章 对象的组合46

4.1设计线程安全的类46

4.1.1收集同步需求47

4.1.2依赖状态的操作48

4.1.3状态的所有权48

4.2实例封闭49

4.2.1 Java监视器模式51

4.2.2示例：车辆追踪51

4.3线程安全性的委托53

4.3.1示例：基于委托的车辆追踪器54

4.3.2独立的状态变量55

4.3.3当委托失效时56

4.3.4发布底层的状态变量57

4.3.5示例：发布状态的车辆追踪器58

4.4在现有的线程安全类中添加功能59

4.4.1客户端加锁机制60

4.4.2组合62

4.5将同步策略文档化62

第5章 基础构建模块66

5.1同步容器类66

5.1.1同步容器类的问题66

5.1.2迭代器与Concurrent-ModificationException68

5.1.3隐藏迭代器69

5.2并发容器70

5.2.1 ConcurrentHashMap71

5.2.2额外的原子Map操作72

5.2.3 CopyOnWriteArrayList72

5.3阻塞队列和生产者-消费者模式73

5.3.1示例：桌面搜索75

5.3.2串行线程封闭76

5.3.3双端队列与工作密取77

5.4阻塞方法与中断方法77

5.5同步工具类78

5.5.1闭锁79

5.5.2 FutureTask80

5.5.3信号量82

5.5.4栅栏83

5.6构建高效且可伸缩的结果缓存85

第二部分 结构化并发应用程序93

第6章 任务执行93

6.1在线程中执行任务93

6.1.1串行地执行任务94

6.1.2显式地为任务创建线程94

6.1.3无限制创建线程的不足95

6.2 Executor框架96

6.2.1示例：基于Executor的Web服务器97

6.2.2执行策略98

6.2.3线程池98

6.2.4 Executor的生命周期99

6.2.5延迟任务与周期任务101

6.3找出可利用的并行性102

6.3.1示例：串行的页面渲染器102

6.3.2携带结果的任务Callable与Future103

6.3.3示例：使用Future实现页面渲染器104

6.3.4在异构任务并行化中存在的局限106

6.3.5 CompletionService:Executor与BlockingQueue106

6.3.6示例：使用CompletionService实现页面渲染器107

6.3.7为任务设置时限108

6.3.8示例：旅行预定门户网站109

第7章 取消与关闭111

7.1任务取消111

7.1.1中断113

7.1.2中断策略116

7.1.3响应中断117

7.1.4示例：计时运行118

7.1.5通过Future来实现取消120

7.1.6处理不可中断的阻塞121

7.1.7采用newTaskFor来封装非标准的取消122

7.2停止基于线程的服务124

7.2.1示例：日志服务124

7.2.2关闭ExecutorService127

7.2.3“毒丸”对象128

7.2.4示例：只执行一次的服务129

7.2.5 shutdownNow的局限性130

7.3处理非正常的线程终止132

7.4 JVM关闭135

7.4.1关闭钩子135

7.4.2守护线程136

7.4.3终结器136

第8章 线程池的使用138

8.1在任务与执行策略之间的隐性耦合138

8.1.1线程饥饿死锁139

8.1.2运行时间较长的任务140

8.2设置线程池的大小140

8.3配置ThreadPoolExecutor141

8.3.1线程的创建与销毁142

8.3.2管理队列任务142

8.3.3饱和策略144

8.3.4线程工厂146

8.3.5在调用构造函数后再定制ThreadPoolExecutor147

8.4扩展ThreadPoolExecutor148

8.5递归算法的并行化149

第9章 图形用户界面应用程序156

9.1为什么GUI是单线程的156

9.1.1串行事件处理157

9.1.2 Swing中的线程封闭机制158

9.2短时间的GUI任务160

9.3长时间的GUI任务161

9.3.1取消162

9.3.2进度标识和完成标识163

9.3.3 SwingWorker165

9.4共享数据模型165

9.4.1线程安全的数据模型166

9.4.2分解数据模型166

9.5其他形式的单线程子系统167

第三部分 活跃性、性能与测试169

第10章 避免活跃性危险169

10.1死锁169

10.1.1锁顺序死锁170

10.1.2动态的锁顺序死锁171

10.1.3在协作对象之间发生的死锁174

10.1.4开放调用175

10.1.5资源死锁177

10.2死锁的避免与诊断178

10.2.1支持定时的锁178

10.2.2通过线程转储信息来分析死锁178

10.3其他活跃性危险180

10.3.1饥饿180

10.3.2糟糕的响应性181

10.3.3活锁181

第11章 性能与可伸缩性183

11.1对性能的思考183

11.1.1性能与可伸缩性184

11.1.2评估各种性能权衡因素185

11.2 Amdahl定律186

11.2.1示例：在各种框架中隐藏的串行部分188

11.2.2 Amdahl定律的应用189

11.3线程引入的开销189

11.3.1上下文切换190

11.3.2内存同步190

11.3.3阻塞192

11.4减少锁的竞争192

11.4.1缩小锁的范围“快进快出”193

11.4.2减小锁的粒度195

11.4.3锁分段196

11.4.4避免热点域197

11.4.5一些替代独占锁的方法198

11.4.6监测CPU的利用率199

11.4.7向对象池说“不”200

11.5示例：比较Map的性能200

11.6减少上下文切换的开销201

第12章 并发程序的测试204

12.1正确性测试205

12.1.1基本的单元测试206

12.1.2对阻塞操作的测试207

12.1.3安全性测试208

12.1.4资源管理的测试212

12.1.5使用回调213

12.1.6产生更多的交替操作214

12.2性能测试215

12.2.1在PutTakeTest中增加计时功能215

12.2.2多种算法的比较217

12.2.3响应性衡量218

12.3避免性能测试的陷阱220

12.3.1垃圾回收220

12.3.2动态编译220

12.3.3对代码路径的不真实采样222

12.3.4不真实的竞争程度222

12.3.5无用代码的消除223

12.4其他的测试方法224

12.4.1代码审查224

12.4.2静态分析工具224

12.4.3面向方面的测试技术226

12.4.4分析与监测工具226

第四部分 高级主题227

第13章 显式锁227

13.1 Lock与ReentrantLock227

13.1.1轮询锁与定时锁228

13.1.2可中断的锁获取操作230

13.1.3非块结构的加锁231

13.2性能考虑因素231

13.3公平性232

13.4在synchronized和ReentrantLock之间进行选择234

13.5读-写锁235

第14章 构建自定义的同步工具238

14.1状态依赖性的管理238

14.1.1示例：将前提条件的失败传递给调用者240

14.1.2示例：通过轮询与休眠来实现简单的阻塞241

14.1.3条件队列243

14.2使用条件队列244

14.2.1条件谓词244

14.2.2过早唤醒245

14.2.3丢失的信号246

14.2.4通知247

14.2.5示例：阀门类248

14.2.6子类的安全问题249

14.2.7封装条件队列250

14.2.8入口协议与出口协议250

14.3显式的Condition对象251

14.4 Synchronizer剖析253

14.5 AbstractQueuedSynchronizer254

14.6 java.util.concurrent同步器类中的AQS257

14.6.1 ReentrantLock257

14.6.2 Semaphore与CountDownLatch258

14.6.3 FutureTask259

14.6.4 ReentrantReadWriteLock259

第15章 原子变量与非阻塞同步机制261

15.1锁的劣势261

15.2硬件对并发的支持262

15.2.1比较并交换263

15.2.2非阻塞的计数器264

15.2.3 JVM对CAS的支持265

15.3原子变量类265

15.3.1原子变量是一种“更好的volatile ”266

15.3.2性能比较：锁与原子变量267

15.4非阻塞算法270

15.4.1非阻塞的栈270

15.4.2非阻塞的链表272

15.4.3原子的域更新器274

15.4.4 ABA问题275

第16章Java内存模型277

16.1什么是内存模型，为什么需要它277

16.1.1平台的内存模型278

16.1.2重排序278

16.1.3 Java内存模型简介280

16.1.4借助同步281

16.2发布283

16.2.1不安全的发布283

16.2.2安全的发布284

16.2.3安全初始化模式284

16.2.4双重检查加锁286

16.3初始化过程中的安全性287

附录A并发性标注289

参考文献291