一本书讲透Java线程：原理与实践

　　本书由科大讯飞高级系统架构师撰写，结合大量源码与图示，通俗易懂；自顶向下解析JDK、JVM、Linux中的Java线程通信机制、同步机制、锁机制、原子计数器、线程安全容器、线程池的实现原理与应用技巧。全书共12章，分为三篇。基础篇（第1～5章），从Linux的线程基础讲起，重点从JDK、JVM、Linux多个维度讲解Java线程的设计、通信与同步机制，如内存一致性、内存屏障、多线程间数据通信、并发控制等核心知识，从而在实际开发中提高程序的性能和稳定性。进阶篇（第6～9章），从CPU的架构讲起，重点讲解锁算法（MCS、CLH、AQS）、Java锁机制、原子计数器、线程并发容器、线程池的设计原理与实现，以期让读者掌握Java线程的进阶知识，不仅能开发出高性能的程序，而且遇到问题可以举一反三，找到最佳方案。应用篇（第10～11章），详细讲解Java线程的常见模型与使用技巧。以电商真实场景为例，从面临的挑战、基于Java多线程的实现方案与优化等角度层层递进，让读者感受真实的Java线程“威力”。 最后，总结多线程编程的常见问题与使用技巧。

　　储诚益科大讯飞高级系统架构师，致力于研究下一代工业互联网系统架构、人工智能、中小制造企业数字化转型。拥有十余年的IT领域工作经验，曾就职于多家知名IT企业并负责技术架构设计和管理工作，积累了丰富的分布式架构、大数据、云计算以及大规模IT系统等的建设、实施、咨询、管理经验。

目　　录　　Contents
前言
基础篇
第1章　Linux线程基础2
1.1　Linux进程2
1.1.1　深入理解进程2
1.1.2　进程描述符3
1.1.3　进程创建6
1.1.4　上下文切换7
1.2　Linux进程间通信7
1.2.1　信号 8
1.2.2　管道9
1.2.3　共享内存 9
1.2.4　FIFO队列 9
1.2.5　消息队列 10
1.2.6　Socket10
1.3　CPU任务调度10
1.3.1　实时进程与普通进程11
1.3.2　实时调度策略11
1.3.3　普通调度策略11
1.3.4　CFS调度算法11
1.3.5　整体任务调度12
1.4　Linux线程13
1.4.1　Pthread简介14
1.4.2　线程创建16
1.4.3　线程终止18
1.5　线程同步：互斥量20
1.5.1　创建互斥量21
1.5.2　互斥量解锁22
1.5.3　mutex示例22
1.6　线程同步：条件变量23
1.6.1　创建条件变量23
1.6.2　条件变量等待24
1.6.3　条件变量通知24
1.6.4　条件变量使用示例24
1.7　线程同步：信号量25
1.7.1　初始化未命名信号量26
1.7.2　等待一个信号量26
1.7.3　发布一个信号量26
1.8　小结27
第2章　JVM基础知识28
2.1　Java、JDK、JRE与JVM28
2.2　Java跨平台原理29
2.3　JVM系统架构30
2.3.1　类加载子系统30
2.3.2　运行时数据区33
2.3.3　执行引擎35
2.4　JVM与操作系统的线程模型36
2.4.1　操作系统的线程模型36
2.4.2　JVM的线程模型38
2.5　JNI机制39
2.5.1　JNI开发流程40
2.5.2　JNI数据类型转换41
2.5.3　实现案例43
2.6　小结43
第3章　JVM线程44
3.1　为什么需要多线程44
3.1.1　CPU访问各组件周期45
3.1.2　多线程的出现45
3.2　多线程带来的问题46
3.2.1　CPU缓存导致的可见性问题46
3.2.2　线程上下文切换带来的原子性
　　　问题47
3.2.3　优化带来的乱序问题48
3.3　Java内存模型与线程规范50
3.3.1　变量共享51
3.3.2　变量共享的内存可见性51
3.3.3　Happens-Before规则52
3.4　内存一致性协议56
3.4.1　CPU缓存读取策略57
3.4.2　CPU缓存写入策略58
3.4.3　MESI协议59
3.5　内存屏障61
3.5.1　内存读写屏障64
3.5.2　内存屏障的实现64
3.5.3　JVM内存屏障指令实现65
3.6　JVM的线程66
3.7　Java线程创建过程68
3.7.1　线程创建69
3.7.2　线程执行73
3.8　Java线程生命周期75
3.8.1　Java线程生命周期模型75
3.8.2　查看线程的状态78
3.9　小结79
第4章　JVM线程通信原理80
4.1　ParkEvent原理80
4.1.1　Allocate方法81
4.1.2　Rlease方法81
4.1.3　park方法82
4.1.4　unpark方法83
4.2　Parker实现原理84
4.2.1　park方法84
4.2.2　unpark方法86
4.3　sleep方法实现原理86
4.3.1　JVM_Sleep函数86
4.3.2　sleep函数87
4.4　ObjectMonitor实现原理88
4.4.1　数据结构89
4.4.2　ObjectMonitor的构造函数89
4.4.3　ObjectWaiter源代码90
4.4.4　TryLock方法91
4.4.5　EnterI方法91
4.4.6　ReenterI方法93
4.4.7　enter方法94
4.4.8　exit方法?95
4.4.9　ExitEpilog方法97
4.5　wait与notify方法实现原理97
4.5.1　设计原理98
4.5.2　wait方法实现原理100
4.5.3　notify方法实现原理102
4.5.4　notifyAll方法实现原理103
4.6　yield方法实现原理103
4.7　join方法实现原理104
4.7.1　JVM_IsThreadAlive105
4.7.2　ensure_join106
4.8　stop方法实现原理107
4.8.1　JVM_StopThread107
4.8.2　HAS_PENDING_EXCEPTION108
4.9　interrupt方法实现原理109
4.10　小结110
第5章　JVM线程同步机制111
5.1　Mark Word 111
5.1.1　Mark Word详解 112
5.1.2　hashCode验证113
5.1.3　轻量级锁的状态信息114
5.1.4　重量级锁的状态信息114
5.2　 synchronized设计原理115
5.2.1　synchronized的使用116
5.2.2　synchronized的具体设计118
5.3　synchronized源码分析120
5.3.1　ACC_SYNCHRONIZED解析
　　　 　过程120
5.3.2　monitorenter指令解析过程122
5.3.3　monitorexit指令解析过程123
5.3.4　锁获取实现过程124
5.3.5　锁释放实现过程126
5.4　volatile实现原理128
5.4.1　实现原理概述129
5.4.2　getfield指令实现过程130
5.4.3　putfield指令实现过程131
5.5　volatile伪共享132
5.6　CAS硬件同步原语134
5.6.1　CAS硬件原语134
5.6.2　JVM CAS实现135
5.6.3　ABA问题135
5.7　Unsafe功能介绍136
5.7.1　操作内存136
5.7.2　获取字段内存偏移量137
5.7.3　普通字段的读取与赋值138
5.7.4　volatile字段的读取与赋值138
5.7.5　CAS操作能力139
5.7.6　线程阻塞与唤醒139
5.7.7　内存屏障139
5.8　Unsafe实现原理140
5.8.1　volatile字段读取140
5.8.2　volatile字段写入141
5.8.3　CAS操作能力141
5.8.4　线程阻塞与唤醒142
5.9　LockSupport实现原理143
5.9.1　Unsafe初始化143
5.9.2　无阻塞对象方法144
5.9.3　有阻塞对象方法144
5.9.4　线程唤醒146
5.10　小结146
进阶篇
第6章　Java锁实现原理148
6.1　CPU架构148
6.1.1　SMP148
6.1.2　NUMA149
6.1.3　SMP与NUMA比较150
6.2　自旋锁的诞生150
6.2.1　SPIN ON TEST-AND-SET150
6.2.2　TEST-AND