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第1章 走入并行世界1

1.1 何去何从的并行计算1

1.1.1 忘掉那该死的并行2

1.1.2 可怕的现实：摩尔定律的失效4

1.1.3 柳暗花明：不断地前进5

1.1.4 光明或是黑暗6

1.2 你必须知道的几个概念6

1.2.1 同步（Synchronous）和异步（Asynchronous）7

1.2.2 并发（Concurrency）和并行（Parallelism）8

1.2.3 临界区9

1.2.4 阻塞（Blocking）和非阻塞（Non-Blocking）9

1.2.5 死锁（Deadlock）、饥饿（Starvation）和活锁（Livelock）9

1.3 并发级别11

1.3.1 阻塞（Blocking）11

1.3.2 无饥饿（Starvation-Free）11

1.3.3 无障碍（Obstruction-Free）12

1.3.4 无锁（Lock-Free）12

1.3.5 无等待（Wait-Free）13

1.4 有关并行的两个重要定律13

1.4.1 Amdahl定律13

1.4.2 Gustafson定律16

1.4.3 Amdahl定律和Gustafson定律是否相互矛盾16

1.5 回到Java：JMM17

1.5.1 原子性（Atomicity）18

1.5.2 可见性（Visibility）20

1.5.3 有序性（Ordering）22

1.5.4 哪些指令不能重排：Happen-Before规则27

1.6 参考文献27

第2章 Java并行程序基础29

2.1 有关线程你必须知道的事29

2.2 初始线程：线程的基本操作32

2.2.1 新建线程32

2.2.2 终止线程34

2.2.3 线程中断38

2.2.4 等待（wait）和通知（notify）41

2.2.5 挂起（suspend）和继续执行（resume）线程44

2.2.6 等待线程结束（join）和谦让（yield）48

2.3 volatile与Java内存模型（JMM）50

2.4 分门别类的管理：线程组52

2.5 驻守后台：守护线程（Daemon）54

2.6 先干重要的事：线程优先级55

2.7 线程安全的概念与synchronized57

2.8 程序中的幽灵：隐蔽的错误61

2.8.1 无提示的错误案例61

2.8.2 并发下的ArrayList62

2.8.3 并发下诡异的HashMap63

2.8.4 初学者常见问题：错误的加锁66

2.9 参考文献68

第3章 JDK并发包70

3.1 多线程的团队协作：同步控制70

3.1.1 synchronized的功能扩展：重入锁71

3.1.2 重入锁的好搭档：Condition条件80

3.1.3 允许多个线程同时访问：信号量（Semaphore）83

3.1.4 ReadWriteLock读写锁85

3.1.5 倒计时器：CountDownLatch87

3.1.6 循环栅栏：CyclicBarrier89

3.1.7 线程阻塞工具类：LockSupport92

3.2 线程复用：线程池95

3.2.1 什么是线程池96

3.2.2 不要重复发明轮子：JDK对线程池的支持97

3.2.3 刨根究底：核心线程池的内部实现102

3.2.4 超负载了怎么办：拒绝策略106

3.2.5 自定义线程创建：ThreadFactory109

3.2.6 我的应用我做主：扩展线程池110

3.2.7 合理的选择：优化线程池线程数量112

3.2.8 堆栈去哪里了：在线程池中寻找堆栈113

3.2.9 分而治之：Fork/Join框架117

3.3 不要重复发明轮子：JDK的并发容器121

3.3.1 超好用的工具类：并发集合简介121

3.3.2 线程安全的HashMap122

3.3.3 有关List的线程安全123

3.3.4 高效读写的队列：深度剖析ConcurrentLinkedQueue123

3.3.5 高效读取：不变模式下的CopyOnWriteArrayList129

3.3.6 数据共享通道：BlockingQueue130

3.3.7 随机数据结构：跳表（SkipList）134

3.4 参考资料136

第4章 锁的优化及注意事项138

4.1 有助于提高“锁”性能的几点建议139

4.1.1 减小锁持有时间139

4.1.2 减小锁粒度140

4.1.3 读写分离锁来替换独占锁142

4.1.4 锁分离142

4.1.5 锁粗化144

4.2 Java虚拟机对锁优化所做的努力146

4.2.1 锁偏向146

4.2.2 轻量级锁146

4.2.3 自旋锁146

4.2.4 锁消除146

4.3 人手一支笔：ThreadLocal147

4.3.1 ThreadLocal的简单使用148

4.3.2 ThreadLocal的实现原理149

4.3.3 对性能有何帮助155

4.4 无锁157

4.4.1 与众不同的并发策略：比较交换（CAS）158

4.4.2 无锁的线程安全整数：AtomicInteger159

4.4.3 Java中的指针：Unsafe类161

4.4.4 无锁的对象引用：AtomicReference162

4.4.5 带有时间戳的对象引用：AtomicStampedReference165

4.4.6 数组也能无锁：AtomicIntegerArray168

4.4.7 让普通变量也享受原子操作：AtomicIntegerFieldUpdater169

4.4.8 挑战无锁算法：无锁的Vector实现171

4.4.9 让线程之间互相帮助：细看SynchronousQueue的实现176

4.5 有关死锁的问题179

4.6 参考文献183

第5章 并行模式与算法184

5.1 探讨单例模式184

5.2 不变模式187

5.3 生产者－消费者模式190

5.4 高性能的生产者－消费者：无锁的实现194

5.4.1 无锁的缓存框架：Disruptor195

5.4.2 用Disruptor实现生产者－消费者案例196

5.4.3 提高消费者的响应时间：选择合适的策略199

5.4.4 CPU Cache的优化：解决伪共享问题200

5.5 Future模式204

5.5.1 Future模式的主要角色206

5.5.2 Future模式的简单实现207

5.5.3 JDK中的Future模式210

5.6 并行流水线212

5.7 并行搜索216

5.8 并行排序218

5.8.1 分离数据相关性：奇偶交换排序218

5.8.2 改进的插入排序：希尔排序221

5.9 并行算法：矩阵乘法226

5.10 准备好了再通知我：网络NIO230

5.10.1 基于Socket的服务端的多线程模式230

5.10.2 使用NIO进行网络编程235

5.10.3 使用NIO来实现客户端243

5.11 读完了再通知我：AIO245

5.11.1 AIO EchoServer的实现245

5.11.2 AIO Echo客户端实现248

5.12 参考文献249

第6章 Java 8与并发251

6.1 Java 8的函数式编程简介251

6.1.1 函数作为一等公民252

6.1.2 无副作用252

6.1.3 申明式的（Declarative）253

6.1.4 不变的对象254

6.1.5 易于并行254

6.1.6 更少的代码254

6.2 函数式编程基础255

6.2.1 FunctionalInterface注释255

6.2.2 接口默认方法256

6.2.3 lambda表达式259

6.2.4 方法引用260

6.3 一步一步走入函数式编程263

6.4 并行流与并行排序267

6.4.1 使用并行流过滤数据267

6.4.2 从集合得到并行流268

6.4.3 并行排序268

6.5 增强的Future：CompletableFuture269

6.5.1 完成了就通知我269

6.5.2 异步执行任务270

6.5.3 流式调用272

6.5.4 CompletableFuture中的异常处理272

6.5.5 组合多个CompletableFuture273

6.6 读写锁的改进：StampedLock274

6.6.1 StampedLock使用示例275

6.6.2 StampedLock的小陷阱276

6.6.3 有关StampedLock的实现思想278

6.7 原子类的增强281

6.7.1 更快的原子类：LongAdder281

6.7.2 LongAdder的功能增强版：LongAccumulator287

6.8 参考文献288

第7章 使用Akka构建高并发程序289

7.1 新并发模型：Actor290

7.2 Akka之Hello World290

7.3 有关消息投递的一些说明293

7.4 Actor的生命周期295

7.5 监督策略298

7.6 选择Actor303

7.7 消息收件箱（Inbox）303

7.8 消息路由305

7.9 Actor的内置状态转换308

7.10 询问模式：Actor中的Future311

7.11 多个Actor同时修改数据：Agent313

7.12 像数据库一样操作内存数据：软件事务内存316

7.13 一个有趣的例子：并发粒子群的实现319

7.13.1 什么是粒子群算法320

7.13.2 粒子群算法的计算过程320

7.13.3 粒子群算法能做什么322

7.13.4 使用Akka实现粒子群323

7.14 参考文献330

第8章 并行程序调试331

8.1 准备实验样本331

8.2 正式起航332

8.3 挂起整个虚拟机334

8.4 调试进入ArrayList内部336