#1024程序员节 ｜ 征文#
并发编程系列文章
目录
应用场景
Web应用服务器
数据库连接池
搜索引擎
大数据分析
游戏服务器
金融交易系统
并发基本单位
进程（Process）
线程（Thread）
协程（Coroutine）
核心概念
并发（Concurrency）
并行（Parallelism）
线程安全性（Thread Safety）
原子性（Atomicity）
可见性（Visibility）
有序性（Ordering）
上下文切换（Context Switching）
死锁（Deadlock）
活锁（Livelock）
饥饿（Starvation）
入门案例
使用Thread和Runnable创建线程
使用synchronized关键字实现线程同步
总结
Java并发编程在现代软件开发中有着广泛的应用场景，特别是在处理大量并发请求、提高系统吞吐量和响应速度方面表现尤为突出。以下是一些常见的应用场景：
- 高并发请求处理：Web应用服务器（如Tomcat、Jetty）需要处理来自客户端的大量并发请求。通过使用线程池和异步IO技术，可以有效地管理资源，提高系统的响应能力和吞吐量。
- 会话管理：使用等并发集合来存储和管理用户会话信息，确保在高并发情况下数据的一致性和安全性。
- 连接复用：数据库连接池（如HikariCP、C3P0）通过预先创建一定数量的数据库连接，并在需要时提供给应用程序使用，从而减少频繁创建和销毁连接的开销。
- 线程安全：连接池需要确保多个线程可以安全地共享和复用连接，避免资源竞争和数据不一致的问题。
- 索引构建：搜索引擎在构建索引时需要处理大量的数据，通过多线程并行处理可以显著提高索引构建的速度。
- 查询处理：在处理用户查询时，可以使用多线程并行搜索不同的索引分片，然后合并结果，提高查询效率。
- 分布式计算：大数据处理框架（如Hadoop、Spark）利用多线程和多进程技术，在集群上并行处理大规模数据集，加速计算过程。
- 数据加载和预处理：在数据加载和预处理阶段，可以通过多线程并行读取和清洗数据，提高数据准备的效率。
- 实时通信：游戏服务器需要处理大量玩家的实时通信请求，通过使用NIO和多线程技术，可以高效地管理网络连接和消息传递。
- 游戏逻辑处理：游戏逻辑的计算（如物理模拟、AI决策等）可以通过多线程并行处理，提高游戏的流畅度和响应速度。
- 高频交易：金融交易系统需要在毫秒级时间内处理大量交易请求，通过多线程并行处理可以提高系统的吞吐量和响应速度。
- 风险控制：在风险控制系统中，可以使用多线程并行处理风险评估和监控任务，确保系统的稳定性和安全性。
- 进程是系统进行资源分配和调度的基本单位，是操作系统结构的基础。
- 一个进程可以包含多个线程，这些线程共享进程的内存空间和系统资源。
- 线程是操作系统能够进行运算调度的最小单位，它被包含在进程之中，是进程中的实际运作单位。
- 在Java中，线程可以通过继承类或实现接口来创建。
Java 协程（Coroutine）的概念相对较为新近（JDK21 将正式引入，目前有一些三方库可支持，如Quasar、
Ktor等），尤其是在传统的 Java 并发编程中，更多的是使用线程和线程池来实现并发。然而，随着对更高性能和更低资源消耗的需求增加，协程作为一种轻量级的并发模型逐渐受到了关注。协程是一种用户态的轻量级线程，具有以下特点：
- 轻量级：相比于系统线程，协程的创建和销毁成本更低，上下文切换更快（用户态切换、无需内核态切换）。
- 协作式调度：协程的调度是由程序员显式控制的，而不是由操作系统内核调度。这意味着协程在某个任务完成后可以主动让出 CPU 控制权，等待其他协程执行。
- 节省资源：由于协程的轻量级特性，可以在一个进程中创建成千上万个协程，而不会像线程那样消耗大量的系统资源。
- 并发是指在同一时间段内，多个任务在交替执行，而宏观上看似同时执行的现象。
- 在Java中，并发通常通过多线程来实现。
- 并行是指在同一时刻，多个任务同时在不同的处理器上执行的现象。
- 并行是并发的一个子集，但并发不一定并行。
- 当多个线程访问同一个对象时，如果访问的结果是可靠的，那么这个对象就是线程安全的。
- 线程安全性通常通过同步机制来实现，如关键字或显式锁。
- 原子性是指一个操作不可分割，要么全部完成，要么全部不完成。
- 在Java中，可以使用或包中的类来保证操作的原子性。
- 可见性是指一个线程对共享变量的修改，能够及时地被其他线程看到。
- Java通过关键字、和关键字来保证变量的可见性。
- 有序性是指程序执行的顺序按照代码的书写顺序来执行。
- Java通过和包中的锁来保证有序性，还可以通过包中的原子变量类来保证有序性。
- 上下文切换是指CPU从一个线程切换到另一个线程的过程。
- 在Java中，上下文切换由JVM和底层操作系统共同管理。
- 死锁是指两个或多个线程在相互等待对方释放资源，导致这些线程都无法继续执行的现象。
- 避免死锁的方法包括使用超时锁、尝试锁、锁排序等。
- 活锁是指线程在不断地尝试执行，但由于某种原因（如资源竞争）而无法成功执行的现象。
- 与死锁不同，活锁中的线程并未完全停止执行。
- 饥饿是指某个线程长时间无法获得所需的资源，导致无法继续执行的现象。
- 饥饿通常是由于资源分配不公或优先级反转等原因造成的。
Java并发编程可以通过多种方式实现，包括使用线程、线程池、锁、并发集合等。下面通过几个具体的案例来快速入门如何在Java中实现并发编程。
本文主要对Java并发编程入门做了详细介绍，列举了Java并发编程的一些常见的应用场景，介绍了下并发编程的基本单位，以及详细的讲解了一些核心的概念。最后通过两个个创建线程和实现同步的案例使得读者可以对Java并发编程能有一个基本的认知。
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