【死磕 Java 並發】系列是 LZ 在 2017 年寫的第一個死磕系列，一直沒有做一個合集，這篇博客則是將整個系列做一個概覽。
先來一個總覽圖：
【高清圖，請關注“Java技術驛站”公眾號，回復：腦圖JUC】
synchronized 可以保證方法或者代碼塊在運行時，同一時刻只有一個方法可以進入到臨界區，同時它還可以保證共享變量的內存可見性。深入分析 synchronized 的內在實現機制，鎖優化、鎖升級過程。
volatile 可以保證線程可見性且提供了一定的有序性，但是無法保證原子性。在 JVM 底層 volatile 是采用“內存屏障”來實現的。這篇博文將帶你分析 volatile 的本質
happens-before 原則是判斷數據是否存在競爭、線程是否安全的主要依據，保證了多線程環境下的可見性。
定義如下：
- 如果一個操作happens-before另一個操作，那么第一個操作的執行結果將對第二個操作可見，而且第一個操作的執行順序排在第二個操作之前。
- 兩個操作之間存在happens-before關系，並不意味着一定要按照happens-before原則制定的順序來執行。如果重排序之后的執行結果與按照happens-before關系來執行的結果一致，那么這種重排序並不非法。
在執行程序時，為了提供性能，處理器和編譯器常常會對指令進行重排序，但是不能隨意重排序，不是你想怎么排序就怎么排序，它需要滿足以下兩個條件：
- 在單線程環境下不能改變程序運行的結果；
- 存在數據依賴關系的不允許重排序
as-if-serial 語義保證在單線程環境下重排序后的執行結果不會改變。
volatile的內存語義是：
- 當寫一個 volatile 變量時，JMM 會把該線程對應的本地內存中的共享變量值立即刷新到主內存中。
- 當讀一個 volatile 變量時，JMM 會把該線程對應的本地內存設置為無效，直接從主內存中讀取共享變量
總是說 volatile 保證可見性，happens-before 是 JMM 實現可見性的基礎理論，兩者會碰撞怎樣的火花？這篇博文給你答案。
DCL，即Double Check Lock，雙重檢查鎖定。是實現單例模式比較好的方式，這篇博客告訴你 DCL 中為何要加 volatile 這個關鍵字。
AQS，AbstractQueuedSynchronizer，即隊列同步器。它是構建鎖或者其他同步組件的基礎框架（如ReentrantLock、ReentrantReadWriteLock、Semaphore等），為 JUC 並發包中的核心基礎組件。
前線程已經等待狀態等信息構造成一個節點（Node）並將其加入到CLH同步隊列，同時會阻塞當前線程，當同步狀態釋放時，會把首節點喚醒（公平鎖），使其再次嘗試獲取同步狀態。
AQS的設計模式采用的模板方法模式，子類通過繼承的方式，實現它的抽象方法來管理同步狀態，對於子類而言它並沒有太多的活要做，AQS提供了大量的模板方法來實現同步，主要是分為三類：獨占式獲取和釋放同步狀態、共享式獲取和釋放同步狀態、查詢同步隊列中的等待線程情況。
當需要阻塞或者喚醒一個線程的時候，AQS 都是使用 LockSupport 這個工具類來完成。
LockSupport是用來創建鎖和其他同步類的基本線程阻塞原語。
一個可重入的互斥鎖定 Lock，它具有與使用 synchronized 方法和語句所訪問的隱式監視器鎖定相同的一些基本行為和語義，但功能更強大。ReentrantLock 將由最近成功獲得鎖定，並且還沒有釋放該鎖定的線程所擁有。當鎖定沒有被另一個線程所擁有時，調用 lock 的線程將成功獲取該鎖定並返回。如果當前線程已經擁有該鎖定，此方法將立即返回。可以使用 isHeldByCurrentThread() 和 getHoldCount() 方法來檢查此情況是否發生。
這篇博客帶你理解 重入鎖：ReentrantLock 內在本質。
讀寫鎖維護着一對鎖，一個讀鎖和一個寫鎖。通過分離讀鎖和寫鎖，使得並發性比一般的排他鎖有了較大的提升：在同一時間可以允許多個讀線程同時訪問，但是在寫線程訪問時，所有讀線程和寫線程都會被阻塞。
讀寫鎖的主要特性：
- 公平性：支持公平性和非公平性。
- 重入性：支持重入。讀寫鎖最多支持65535個遞歸寫入鎖和65535個遞歸讀取鎖。
- 鎖降級：遵循獲取寫鎖、獲取讀鎖在釋放寫鎖的次序，寫鎖能夠降級成為讀鎖
在沒有Lock之前，我們使用synchronized來控制同步，配合Object的wait()、notify()系列方法可以實現等待/通知模式。在Java SE5后，Java提供了Lock接口，相對於Synchronized而言，Lock提供了條件Condition，對線程的等待、喚醒操作更加詳細和靈活
CAS，Compare And Swap，即比較並交換。Doug lea大神在同步組件中大量使用 CAS 技術鬼斧神工地實現了Java 多線程的並發操作。整個 AQS 同步組件、Atomic 原子類操作等等都是以 CAS 實現的。可以說CAS是整個JUC的基石。
CyclicBarrier，一個同步輔助類。它允許一組線程互相等待，直到到達某個公共屏障點 (common barrier point)。在涉及一組固定大小的線程的程序中，這些線程必須不時地互相等待，此時 CyclicBarrier 很有用。因為該 barrier 在釋放等待線程后可以重用，所以稱它為循環 的 barrier。
CountDownLatch 所描述的是”在完成一組正在其他線程中執行的操作之前，它允許一個或多個線程一直等待“。
用給定的計數 初始化 CountDownLatch。由於調用了 countDown() 方法，所以在當前計數到達零之前，await 方法會一直受阻塞。之后，會釋放所有等待的線程，await 的所有后續調用都將立即返回。
Semaphore，信號量，是一個控制訪問多個共享資源的計數器。從概念上講，信號量維護了一個許可集。如有必要，在許可可用前會阻塞每一個 acquire()，然后再獲取該許可。每個 release() 添加一個許可，從而可能釋放一個正在阻塞的獲取者。但是，不使用實際的許可對象，Semaphore 只對可用許可的號碼進行計數，並采取相應的行動。
可以在對中對元素進行配對和交換的線程的同步點。每個線程將條目上的某個方法呈現給 exchange 方法，與伙伴線程進行匹配，並且在返回時接收其伙伴的對象。Exchanger 可能被視為 SynchronousQueue 的雙向形式。Exchanger 可能在應用程序（比如遺傳算法和管道設計）中很有用。
ConcurrentHashMap 作為 Concurrent 一族，其有着高效地並發操作。在1.8 版本以前，ConcurrentHashMap 采用分段鎖的概念，使鎖更加細化，但是 1.8 已經改變了這種思路，而是利用 CAS + Synchronized 來保證並發更新的安全，當然底層采用數組+鏈表+紅黑樹的存儲結構。這篇博客帶你徹底理解 ConcurrentHashMap。
在 1.8 ConcurrentHashMap 的put操作中，如果發現鏈表結構中的元素超過了TREEIFY_THRESHOLD（默認為8），則會把鏈表轉換為紅黑樹，已便於提高查詢效率。那么具體的轉換過程是怎么樣的？這篇博客給你答案。
ConcurrentLinkedQueue是一個基於鏈接節點的無邊界的線程安全隊列，它采用FIFO原則對元素進行排序。采用“wait-free”算法（即CAS算法）來實現的。
CoucurrentLinkedQueue規定了如下幾個不變性：
- 在入隊的最后一個元素的next為null
- 隊列中所有未刪除的節點的item都不能為null且都能從head節點遍歷到
- 對於要刪除的節點，不是直接將其設置為null，而是先將其item域設置為null（迭代器會跳過item為null的節點）
- 允許head和tail更新滯后。這是什么意思呢？意思就說是head、tail不總是指向第一個元素和最后一個元素（后面闡述）。
我們在Java世界里看到了兩種實現key-value的數據結構：Hash、TreeMap，這兩種數據結構各自都有着優缺點。
- Hash表：插入、查找最快，為O(1)；如使用鏈表實現則可實現無鎖；數據有序化需要顯式的排序操作。
- 紅黑樹：插入、查找為O(logn)，但常數項較小；無鎖實現的復雜性很高，一般需要加鎖；數據天然有序。
這里介紹第三種實現 key-value 的數據結構：SkipList。SkipList 有着不低於紅黑樹的效率，但是其原理和實現的復雜度要比紅黑樹簡單多了。
ConcurrentSkipListMap 其內部采用 SkipLis 數據結構實現。
ArrayBlockingQueue，一個由數組實現的有界阻塞隊列。該隊列采用FIFO的原則對元素進行排序添加的。
ArrayBlockingQueue 為有界且固定，其大小在構造時由構造函數來決定，確認之后就不能再改變了。ArrayBlockingQueue 支持對等待的生產者線程和使用者線程進行排序的可選公平策略，但是在默認情況下不保證線程公平的訪問，在構造時可以選擇公平策略（fair = true）。公平性通常會降低吞吐量，但是減少了可變性和避免了“不平衡性”。
PriorityBlockingQueue是一個支持優先級的無界阻塞隊列。默認情況下元素采用自然順序升序排序，當然我們也可以通過構造函數來指定Comparator來對元素進行排序。需要注意的是PriorityBlockingQueue不能保證同優先級元素的順序。
DelayQueue是一個支持延時獲取元素的無界阻塞隊列。里面的元素全部都是“可延期”的元素，列頭的元素是最先“到期”的元素，如果隊列里面沒有元素到期，是不能從列頭獲取元素的，哪怕有元素也不行。也就是說只有在延遲期到時才能夠從隊列中取元素。
DelayQueue主要用於兩個方面：
- 緩存：清掉緩存中超時的緩存數據
- 任務超時處理
SynchronousQueue與其他BlockingQueue有着不同特性：
- SynchronousQueue沒有容量。與其他BlockingQueue不同，SynchronousQueue是一個不存儲元素的BlockingQueue。每一個put操作必須要等待一個take操作，否則不能繼續添加元素，反之亦然。
- 因為沒有容量，所以對應 peek, contains, clear, isEmpty ... 等方法其實是無效的。例如clear是不執行任何操作的，contains始終返回false,peek始終返回null。
- SynchronousQueue分為公平和非公平，默認情況下采用非公平性訪問策略，當然也可以通過構造函數來設置為公平性訪問策略（為true即可）。
- 若使用 TransferQueue, 則隊列中永遠會存在一個 dummy node（這點后面詳細闡述）。
SynchronousQueue非常適合做交換工作，生產者的線程和消費者的線程同步以傳遞某些信息、事件或者任務。
LinkedTransferQueue 是基於鏈表的 FIFO 無界阻塞隊列，它出現在 JDK7 中。Doug Lea 大神說 LinkedTransferQueue 是一個聰明的隊列。它是 ConcurrentLinkedQueue、SynchronousQueue (公平模式下)、無界的LinkedBlockingQueues 等的超集。
LinkedBlockingDeque 是一個由鏈表組成的雙向阻塞隊列，雙向隊列就意味着可以從對頭、對尾兩端插入和移除元素，同樣意味着 LinkedBlockingDeque 支持 FIFO、FILO 兩種操作方式。
LinkedBlockingDeque 是可選容量的，在初始化時可以設置容量防止其過度膨脹，如果不設置，默認容量大小為 Integer.MAX_VALUE。
ThreadLocal 提供了線程局部 (thread-local) 變量。這些變量不同於它們的普通對應物，因為訪問某個變量（通過其get 或 set 方法）的每個線程都有自己的局部變量，它獨立於變量的初始化副本。ThreadLocal實例通常是類中的 private static 字段，它們希望將狀態與某一個線程（例如，用戶 ID 或事務 ID）相關聯。
所以ThreadLocal與線程同步機制不同，線程同步機制是多個線程共享同一個變量，而ThreadLocal是為每一個線程創建一個單獨的變量副本，故而每個線程都可以獨立地改變自己所擁有的變量副本，而不會影響其他線程所對應的副本。可以說ThreadLocal為多線程環境下變量問題提供了另外一種解決思路。
鼎鼎大名的線程池。不需要多說!!!!!
這篇博客深入分析 Java 中線程池的實現。
ScheduledThreadPoolExecutor 是實現線程的周期、延遲調度的。
ScheduledThreadPoolExecutor，繼承 ThreadPoolExecutor 且實現了 ScheduledExecutorService 接口，它就相當於提供了“延遲”和“周期執行”功能的 ThreadPoolExecutor。在JDK API中是這樣定義它的：ThreadPoolExecutor，它可另行安排在給定的延遲后運行命令，或者定期執行命令。需要多個輔助線程時，或者要求 ThreadPoolExecutor 具有額外的靈活性或功能時，此類要優於 Timer。 一旦啟用已延遲的任務就執行它，但是有關何時啟用，啟用后何時執行則沒有任何實時保證。按照提交的先進先出 (FIFO) 順序來啟用那些被安排在同一執行時間的任務。