并发编程之一 日常学习笔记

在IT行业中，尤其是在后端开发领域，并发编程是不可或缺的一部分。它涉及到如何让多个任务在同一时间执行，以提高系统的效率和资源利用率。本篇笔记主要关注并发编程中的两个关键概念：CAS（Compare and Swap）原子操作和Java线程的深入理解。 我们来详细探讨一下CAS（比较并交换）原子操作。CAS是一种无锁算法，它通过比较内存中的某个值与期望值是否一致，如果一致则更新为新的值。这个过程是原子性的，不会被其他线程打断。在Java中，CAS操作主要由`java.util.concurrent.atomic`包下的类提供，如AtomicInteger、AtomicLong等。这些类中的方法如compareAndSet()就是实现CAS操作的关键。 CAS的优势在于它避免了锁的开销，减少了上下文切换，提高了并发性能。然而，CAS也有其局限性，比如ABA问题。如果一个值从A变为B，然后再变回A，CAS可能会认为没有发生任何变化，从而导致潜在的问题。为了解决这个问题，Java提供了AtomicStampedReference和AtomicMarkableReference类，它们可以记录值的变化历史。 接着，我们转向对Java线程的深入理解。在Java中，线程是程序执行的最小单位，它共享应用程序的内存空间，但拥有独立的执行流。创建线程有多种方式，如继承Thread类、实现Runnable接口以及使用Executor框架。每种方式都有其适用场景和优缺点，例如，实现Runnable接口更有利于资源的复用，而Executor框架则提供了线程池管理，可以有效控制并发数量，防止过多线程导致系统资源耗尽。 线程间的通信是并发编程中的一大挑战。Java提供了多种机制，如synchronized关键字用于实现互斥访问，wait()和notify()方法用于线程间的协作。此外，还有更高级的并发工具，如Semaphore信号量、CountDownLatch倒计时器和CyclicBarrier同步屏障，它们能帮助我们更好地控制线程间的交互。 线程安全是并发编程中的核心问题。Java提供了多种保证线程安全的方式，包括线程局部变量（ThreadLocal）、volatile关键字以及前面提到的原子类。线程局部变量保证了每个线程都有一份自己的副本，不会产生数据竞争；volatile保证了变量的可见性和有序性，但不保证原子性；原子类则提供了原子性和无锁的特性。 我们需要注意的是死锁、活锁和饥饿问题。死锁是两个或多个线程互相等待对方释放资源导致无法继续执行的状态。活锁则是线程不断尝试获取资源但总是失败，导致无限循环。饥饿则是线程由于各种原因无法获取到必要的资源而无法执行。避免这些问题通常需要合理的资源分配策略和避免无限循环。 理解和掌握并发编程对于提升后端开发的效率和系统性能至关重要。无论是CAS原子操作的巧妙应用，还是Java线程的深度探索，都是开发者必备的技能。通过不断学习和实践，我们可以更好地应对并发编程带来的挑战，构建出更加高效、稳定的系统。