JUC相关知识点总结

Java JUC（java.util.concurrent）是Java并发编程的核心工具包，提供了丰富的并发工具类和框架。以下是JUC的主要知识点，按难易程度分类，供你参考：

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1. 基础概念与工具类

1.1 并发与并行（易）

• 内容：理解并发（Concurrency）和并行（Parallelism）的区别。
• 重要性：基础概念，理解并发编程的前提。

1.2 线程与线程池（中）

• 内容：
  • 线程的创建与启动（Thread、Runnable）。
  • 线程池（ExecutorService、ThreadPoolExecutor）。
  • 线程池参数（核心线程数、最大线程数、队列类型、拒绝策略）。
• 重要性：线程池是并发编程的核心工具，必须掌握。

1.3 线程生命周期与状态（易）

• 内容：线程的6种状态（NEW、RUNNABLE、BLOCKED、WAITING、TIMED_WAITING、TERMINATED）。
• 重要性：理解线程状态是调试并发问题的基础。

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2. 同步与锁

2.1 synchronized关键字（易）

• 内容：
  • 方法同步与代码块同步。
  • 锁的粒度与性能优化。
• 重要性：最基础的同步机制。

2.2 ReentrantLock（中）

• 内容：
  • 可重入锁的基本使用。
  • 公平锁与非公平锁。
  • tryLock、lockInterruptibly等高级特性。
• 重要性：比synchronized更灵活的锁机制。

2.3 ReadWriteLock（中）

• 内容：
  • 读写锁（ReentrantReadWriteLock）。
  • 读锁与写锁的分离。
• 重要性：适用于读多写少的场景。

2.4 StampedLock（难）

• 内容：
  • 乐观读锁与悲观读锁。
  • 锁的升级与降级。
• 重要性：高性能锁，适用于特定场景。

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3. 原子操作类

3.1 AtomicInteger、AtomicLong等（易）

• 内容：
  • 原子操作的基本使用。
  • compareAndSet（CAS）原理。
• 重要性：无锁编程的基础。

3.2 AtomicReference、AtomicStampedReference（中）

• 内容：
  • 引用类型的原子操作。
  • 解决ABA问题。
• 重要性：适用于复杂对象的原子操作。

3.3 LongAdder、DoubleAdder（中）

• 内容：
  • 高并发场景下的累加器。
  • 分段锁机制。
• 重要性：比AtomicLong性能更高。

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4. 并发集合

4.1 ConcurrentHashMap（中）

• 内容：
  • 分段锁与CAS机制。
  • 高并发下的性能优化。
• 重要性：最常用的并发集合。

4.2 CopyOnWriteArrayList、CopyOnWriteArraySet（易）

• 内容：
  • 写时复制机制。
  • 适用场景与性能特点。
• 重要性：适用于读多写少的场景。

4.3 BlockingQueue及其实现类（中）

• 内容：
  • ArrayBlockingQueue、LinkedBlockingQueue。
  • PriorityBlockingQueue、SynchronousQueue。
  • put、take等阻塞操作。
• 重要性：生产者-消费者模型的实现基础。

4.4 ConcurrentLinkedQueue、ConcurrentSkipListMap（难）

• 内容：
  • 无锁队列与跳表。
  • 高并发场景下的性能优势。
• 重要性：适用于高性能无锁场景。

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5. 同步工具类

5.1 CountDownLatch（易）

• 内容：
  • 等待多个线程完成任务。
• 重要性：多线程协作的基础工具。

5.2 CyclicBarrier（中）

• 内容：
  • 多线程到达屏障后继续执行。
  • 与CountDownLatch的区别。
• 重要性：适用于分阶段任务。

5.3 Semaphore（中）

• 内容：
  • 控制并发线程数。
  • 信号量的基本使用。
• 重要性：资源池管理的核心工具。

5.4 Phaser（难）

• 内容：
  • 多阶段任务同步。
  • 动态调整参与线程数。
• 重要性：适用于复杂任务调度。

5.5 Exchanger（难）

• 内容：
  • 线程间数据交换。
• 重要性：适用于特定场景。

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6. 异步编程

6.1 Future与FutureTask（中）

• 内容：
  • 异步任务的结果获取。
  • get方法的阻塞特性。
• 重要性：异步编程的基础。

6.2 CompletableFuture（难）

• 内容：
  • 链式调用与组合操作。
  • thenApply、thenAccept、thenCombine等方法。
• 重要性：现代异步编程的核心工具。

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7. 线程调度与定时任务

7.1 ScheduledExecutorService（中）

• 内容：
  • 定时任务与周期性任务。
• 重要性：替代Timer的推荐工具。

7.2 ForkJoinPool（难）

• 内容：
  • 分治算法与工作窃取。
  • RecursiveTask与RecursiveAction。
• 重要性：适用于计算密集型任务。

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8. 其他高级特性

8.1 ThreadLocal（中）

• 内容：
  • 线程本地变量。
  • 内存泄漏问题。
• 重要性：线程间数据隔离的工具。

8.2 AQS（AbstractQueuedSynchronizer）（难）

• 内容：
  • 同步器的底层实现。
  • 自定义锁与同步工具。
• 重要性：理解JUC底层机制的关键。

8.3 内存模型与volatile（中）

• 内容：
  • 可见性、有序性、原子性。
  • happens-before原则。
• 重要性：理解并发编程的基础。

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学习建议

1. 从易到难：先掌握基础概念和工具类，再深入学习高级特性。
2. 动手实践：通过编写代码加深理解，尤其是并发集合和同步工具类。
3. 阅读源码：特别是AQS、ConcurrentHashMap等核心类的源码。
4. 调试与测试：使用工具（如JConsole、VisualVM）分析并发问题。

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通过系统学习以上知识点，你将全面掌握Java JUC的核心内容，并能够应对实际开发中的并发编程挑战。

详细演示上面功能

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Java JUC 知识点完整汇总

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1. 基础概念与工具类

1.1 并发与并行

描述：

• 并发：多个任务交替执行，适用于单核 CPU 或多线程任务。
• 并行：多个任务同时执行，需要多核 CPU 支持。
• 适用范围：理解并发与并行的区别是并发编程的基础。
• 注意点：并行需要硬件支持（多核 CPU）。
• 实现原理：并发通过线程切换实现，并行通过多核 CPU 实现。

代码示例：

public class ConcurrencyVsParallelism {
    public static void main(String[] args) {
        // 并发：多个任务交替执行
        Runnable task = () -> System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " is running");
        new Thread(task).start(); // 启动线程1
        new Thread(task).start(); // 启动线程2

        // 并行：多个任务同时执行（需要多核CPU支持）
        ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(2); // 创建固定大小的线程池
        executor.submit(task); // 提交任务1
        executor.submit(task); // 提交任务2
        executor.shutdown(); // 关闭线程池
    }
}

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1.2 线程与线程池

描述：

• 线程：Java 中最基本的并发单元。
• 线程池：管理线程的生命周期，避免频繁创建和销毁线程。
• 适用范围：需要频繁创建线程的场景。
• 注意点：线程池参数（核心线程数、最大线程数、队列类型、拒绝策略）需要合理配置。
• 实现原理：线程池通过任务队列和工作线程实现任务调度。

代码示例：

public class ThreadPoolExample {
    public static void main(String[] args) {
        ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(2); // 创建固定大小的线程池
        executor.submit(() -> System.out.println("Task 1")); // 提交任务1
        executor.submit(() -> System.out.println("Task 2")); // 提交任务2
        executor.shutdown(); // 关闭线程池
    }
}

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1.3 线程生命周期与状态

描述：

• 线程状态：NEW、RUNNABLE、BLOCKED、WAITING、TIMED_WAITING、TERMINATED。
• 适用范围：调试和分析线程行为。
• 注意点：线程状态是 JVM 管理的，开发者无法直接控制。
• 实现原理：JVM 通过内部状态机管理线程状态。

代码示例：

public class ThreadStateExample {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread thread = new Thread(() -> {
            try {
                Thread.sleep(1000); // TIMED_WAITING
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        });
        System.out.println(thread.getState()); // NEW
        thread.start();
        System.out.println(thread.getState()); // RUNNABLE
        thread.join();
        System.out.println(thread.getState()); // TERMINATED
    }
}

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2. 同步与锁

2.1 synchronized

描述：

• 适用范围：简单的线程同步场景。
• 注意点：锁的粒度要尽量小，避免性能问题。
• 实现原理：基于 JVM 内置锁机制，通过 monitorenter 和 monitorexit 指令实现。

代码示例：

public class SynchronizedExample {
    private static class Counter {
        private int count = 0;
        public synchronized void increment() {
            count++; // 临界区操作
        }
        public int getCount() {
            return count;
        }
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Counter counter = new Counter();
        Runnable task = () -> {
            for (int i = 0; i < 1000; i++) {
                counter.increment(); // 调用同步方法
            }
        };
        Thread thread1 = new Thread(task); // 创建线程1
        Thread thread2 = new Thread(task); // 创建线程2
        thread1.start(); // 启动线程1
        thread2.start(); // 启动线程2
        thread1.join(); // 等待线程1完成
        thread2.join(); // 等待线程2完成
        System.out.println("Final count: " + counter.getCount()); // 输出最终结果
    }
}

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2.2 ReentrantLock

描述：

• 适用范围：需要更灵活的锁控制（如可中断锁、超时锁）。
• 注意点：必须手动释放锁，否则会导致死锁。
• 实现原理：基于 AQS（AbstractQueuedSynchronizer）实现。

代码示例：

import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

public class ReentrantLockExample {
    private static class Counter {
        private int count = 0;
        private final ReentrantLock lock = new ReentrantLock(); // 创建 ReentrantLock
        public void increment() {
            lock.lock(); // 获取锁
            try {
                count++; // 临界区操作
            } finally {
                lock.unlock(); // 释放锁
            }
        }
        public int getCount() {
            return count;
        }
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Counter counter = new Counter();
        Runnable task = () -> {
            for (int i = 0; i < 1000; i++) {
                counter.increment(); // 调用同步方法
            }
        };
        Thread thread1 = new Thread(task); // 创建线程1
        Thread thread2 = new Thread(task); // 创建线程2
        thread1.start(); // 启动线程1
        thread2.start(); // 启动线程2
        thread1.join(); // 等待线程1完成
        thread2.join(); // 等待线程2完成
        System.out.println("Final count: " + counter.getCount()); // 输出最终结果
    }
}

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3. 原子操作类

3.1 AtomicInteger

描述：

• 适用范围：无锁的线程安全计数器。
• 注意点：适用于简单的原子操作，复杂场景可能需要锁。
• 实现原理：基于 CAS（Compare-And-Swap）实现。

代码示例：

import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;

public class AtomicIntegerExample {
    public static void main(String[] args) {
        AtomicInteger atomicInt = new AtomicInteger(0); // 初始化值为 0
        atomicInt.incrementAndGet(); // 原子操作：自增并返回新值
        atomicInt.addAndGet(5); // 原子操作：增加指定值并返回新值
        System.out.println("Final value: " + atomicInt.get()); // 输出最终值
    }
}

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4. 并发集合

4.1 ConcurrentHashMap

描述：

• 适用范围：高并发场景下的键值对存储。
• 注意点：不支持 null 键和值。
• 实现原理：分段锁 + CAS 机制。

代码示例：

import java.util.concurrent.ConcurrentHashMap;

public class ConcurrentHashMapExample {
    public static void main(String[] args) {
        ConcurrentHashMap<String, Integer> map = new ConcurrentHashMap<>(); // 创建 ConcurrentHashMap
        map.put("a", 1); // 插入键值对
        map.put("b", 2); // 插入键值对
        System.out.println("Value for key 'a': " + map.get("a")); // 获取值
    }
}

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5. 同步工具类

5.1 CountDownLatch

描述：

• 适用范围：等待多个线程完成任务。
• 注意点：计数器不能重置。
• 实现原理：基于 AQS 实现。

代码示例：

import java.util.concurrent.CountDownLatch;

public class CountDownLatchExample {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        CountDownLatch latch = new CountDownLatch(2); // 初始化计数器为 2
        new Thread(() -> {
            System.out.println("Task 1 completed");
            latch.countDown(); // 计数器减 1
        }).start();
        new Thread(() -> {
            System.out.println("Task 2 completed");
            latch.countDown(); // 计数器减 1
        }).start();
        latch.await(); // 阻塞直到计数器为 0
        System.out.println("All tasks completed");
    }
}

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6. 异步编程

6.1 Future

描述：

• 适用范围：异步任务的结果获取。
• 注意点：get() 方法会阻塞，直到任务完成。
• 实现原理：基于 Runnable 和 Callable 实现。

代码示例：

import java.util.concurrent.*;

public class FutureExample {
    public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
        ExecutorService executor = Executors.newSingleThreadExecutor(); // 创建单线程线程池
        Future<Integer> future = executor.submit(() -> 1 + 1); // 提交任务
        System.out.println("Task result: " + future.get()); // 获取任务结果
        executor.shutdown(); // 关闭线程池
    }
}

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7. 线程调度与定时任务

7.1 ScheduledExecutorService

描述：

• 适用范围：定时任务和周期性任务。
• 注意点：任务执行时间过长会影响后续任务。
• 实现原理：基于线程池和任务队列。

代码示例：

import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.ScheduledExecutorService;
import java.util.concurrent.TimeUnit;

public class ScheduledExecutorServiceExample {
    public static void main(String[] args) {
        ScheduledExecutorService scheduler = Executors.newScheduledThreadPool(1); // 创建调度线程池
        scheduler.schedule(() -> System.out.println("Task executed"), 1, TimeUnit.SECONDS); // 延迟执行
        scheduler.shutdown(); // 关闭线程池
    }
}

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8. 其他高级特性

8.1 ThreadLocal

描述：

• 适用范围：线程间数据隔离。
• 注意点：可能导致内存泄漏，需要及时清理。
• 实现原理：每个线程维护一个独立的 ThreadLocalMap。

代码示例：

public class ThreadLocalExample {
    private static final ThreadLocal<String> threadLocal = ThreadLocal.withInitial(() -> "Initial Value");

    public static void main(String[] args) {
        new Thread(() -> {
            threadLocal.set("Thread 1 Value"); // 设置线程本地变量
            System.out.println("Thread 1: " + threadLocal.get()); // 获取线程本地变量
        }).start();
        new Thread(() -> {
            threadLocal.set("Thread 2 Value"); // 设置线程本地变量
            System.out.println("Thread 2: " + threadLocal.get()); // 获取线程本地变量
        }).start();
    }
}

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以上是 Java JUC 的完整知识点汇总，包含代码示例、实现原理和注意点。如果需要进一步补充或调整，请随时告诉我！