Java并发底层实现原理学习心得

前言

Java并发编程无处不在，实际上每个Java开发人员都需要对它有所了解。然而，要在Java平台上正确地使用并发技术并不简单。了解Java并发底层实现原理对于解决并发编程中的困难和陷阱尤为重要。在本文中，我将分享我在学习Java并发底层实现原理时的一些心得体会和攻略。

学习攻略

了解Java内存模型（JMM）

Java的内存模型是整个并发编程的基础，它定义了共享内存环境下线程的行为。Java内存模型仅规定了一组语义，而没有规定如何实现它。 程序员需要保证在执行并发程序时，线程之间的数据访问是同步的，确保正确性和可见性。

学习Java内存模型是理解并发编程基础的重要一步，它涵盖了以下概念：

• volatile 关键字
• synchronized 关键字
• final 关键字
• Happens-before 强制排序规则

学习Java并发工具类

Java并发工具类包含了各种帮助开发人员在多线程环境下解决并发编程问题的实用方法和类库。我们可以使用哪些Java并发提供的库，以及如何使用这些库来加强我们的并发编程应用。

其中，常用的Java并发工具类如下：

• CountDownLatch，CyclicBarrier和Semaphore等基础同步器
• ReentrantLock，StampedLock等锁机制
• BlockingQueue和ConcurrentHashMap等集合类

研究Java底层实现

了解Java底层实现就是深入探究Java代码与操作系统之间的交互，其中，涵盖了线程和进程管理、内存管理、锁、原子操作等底层实现机制。研究Java底层实现需要一些基础，例如Linux系统原理、处理器架构、汇编语言等等。

Java在底层是如何实现并发的呢？ 以下是两个例子，以更好地说明底层实现。

例子一：JVM如何实现线程调度和上下文切换？

当Java代码中创建并发线程时，JVM负责将其与线程变量和调用堆栈等一起存放在Java堆中，从而使线程保持可访问。 Java线程处理器会自动创建操作系统线程，并通过方法交换和共享内存等机制与操作系统维护的线程状态进行通信。

JVM将线程调度的决定权委托给操作系统，这是因为操作系统有更好的知识和工具来分配调度循环。当需要切换到特定线程时，操作系统会保存当前线程的状态，包括保存寄存器、程序计数器和栈指针等信息，并加载其他线程的状态。

例子二：Java中如何实现原子操作？

Java中原子操作的实现通常使用CAS（比较和替换）算法，这是一种基于原子指令的技术，它可以在多处理器硬件上高效执行。Java SDK的 java.util.concurrent.atomic 包中提供了Atomic 以原子方式操作共享数据集的类，这些类使用锁和同步的方式避免使用脆弱的同步。CAS允许一个线程检查内存中的值，做出决策并更新变量。如果该变量的值已更改，则CAS将失败，线程必须重试以确保读和更新值是正确的。

总结

在学习Java并发编程时，了解Java内存模型（JMM）、学习Java并发工具类，以及研究Java底层实现三个方面是非常重要的。了解这些方面可以使您在编写高质量多线程代码时更加得心应手。并发编程令我们使用复杂的编程方法，但同时也需要我们了解其底层实现和工作原理，掌握并发编程技术。