并发编程详解

一、核心原理

CAS（Compare and Swap）
- 机制：通过硬件指令（如cmpxchg）实现无锁原子操作，包含三个操作数（内存地址V、预期值A、新值B）。
- ABA问题：值从A→B→A，CAS误判未变化。解决方案：添加版本号（如AtomicStampedReference）。
- 应用：AtomicInteger、ReentrantLock底层实现。
AQS（AbstractQueuedSynchronizer）
- 核心结构：双向CLH队列 + volatile状态变量（state）。
- 实现类：
  - ReentrantLock：通过state记录重入次数。
  - CountDownLatch：state表示剩余计数。
- 关键方法：
  - acquire()：尝试获取资源，失败则入队阻塞。
  - release()：释放资源，唤醒后继节点。
synchronized锁升级
- 无锁 → 偏向锁：对象头记录线程ID，减少同一线程重入开销。
- 偏向锁 → 轻量级锁：竞争时撤销偏向，通过CAS自旋获取锁。
- 轻量级锁 → 重量级锁：自旋失败后，升级为OS互斥量（Mutex），线程进入阻塞。
- 优化意义：减少直接使用重量级锁的性能损耗。
volatile内存屏障
- 可见性：写操作后插入StoreStore + StoreLoad屏障，强制刷新主内存。
- 有序性：禁止指令重排序（通过LoadLoad和LoadStore屏障）。
- 局限性：不保证复合操作原子性（如i++需配合synchronized或AtomicInteger）。

二、线程池

7大参数
- corePoolSize：核心线程数（常驻）。
- maximumPoolSize：最大线程数（临时线程 = max - core）。
- keepAliveTime：非核心线程空闲存活时间。
- unit：时间单位（如TimeUnit.SECONDS）。
- workQueue：任务队列（ArrayBlockingQueue、LinkedBlockingQueue）。
- threadFactory：自定义线程创建（如命名线程）。
- handler：拒绝策略（如AbortPolicy）。
拒绝策略
- AbortPolicy：默认策略，抛出RejectedExecutionException。
- CallerRunsPolicy：由提交任务的线程直接执行。
- DiscardPolicy：静默丢弃新任务。
- DiscardOldestPolicy：丢弃队列头部任务，重试提交。
动态调整核心线程数
- 方法：executor.setCorePoolSize(newSize)。
- 场景：根据流量高峰动态扩容/缩容，需结合监控系统（如Prometheus）。

三、并发容器

ConcurrentHashMap分段锁演进
- Java 7：分段锁（Segment），默认16段，每段独立加锁。
- Java 8：CAS + synchronized锁桶（Node），链表转红黑树优化查询。
- 性能对比：Java 8的锁粒度更细，并发度更高。
CopyOnWriteArrayList适用场景
- 原理：写时复制（复制整个数组），读操作无锁。
- 优点：读性能极高，适合读多写极少（如黑白名单）。
- 缺点：写操作开销大，数据一致性弱（最终一致）。

四、场景题：高并发订单系统设计

库存扣减

方案一：Redis原子操作

// 使用Lua脚本保证原子性 
String script = "if redis.call('get', KEYS[1]) >= ARGV[1] then " 
+ "return redis.call('decrby', KEYS[1], ARGV[1]) " 
+ "else return -1 end"; 
Long result = jedis.eval(script, Collections.singletonList("stock"), 1);

方案二：数据库乐观锁

UPDATE product SET stock = stock - 1, version = version + 1 WHERE id = #{productId} AND version = #{oldVersion};

分布式锁

Redis实现（RedLock）：

// 加锁 
String lockKey = "order_lock_" + productId; String requestId = UUID.randomUUID().toString(); Boolean locked = jedis.set(lockKey, requestId, "NX", "PX", 30000); 
// 解锁（Lua脚本保证原子性） 
String script = "if redis.call('get', KEYS[1]) == ARGV[1] then " + "return redis.call('del', KEYS[1]) else return 0 end"; jedis.eval(script, Collections.singletonList(lockKey), requestId);