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在现代软件开发中，多线程并发编程已成为提升应用性能和响应速度的关键技术。Java，作为一种广泛使用的编程语言，提供了丰富的并发工具和机制，使得开发者能够有效地管理线程和任务。从基础的Thread和Runnable接口，到高级的CompletableFuture和ForkJoinTask，Java为异步编程提供了强大的支持。此外，volatile关键字、Transient Fault Handling以及各种并发模式（如生产者-消费者模式和读者-写者模式）等概念，都是构建高效、可靠并发应用的基石。这些工具和模式不仅帮助我们解决了多线程环境下的复杂问题，如可见性、有序性和数据一致性，还提供了处理暂时性故障和优化资源访问的策略。对于任何希望深入理解并发编程的Java开发者来说，掌握这些概念和工具是必不可少的。

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1、并发编程知识图谱

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2、并发编程知识点

2.1 线程和任务执行

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  • Thread: Java线程的基本类。
  • Runnable: 实现了Runnable接口的对象可以被线程执行。
  • Callable: 类似Runnable，但可以返回结果和抛出异常。
  • Future: 表示异步操作的结果。
  • FutureTask: Future和Runnable的实现类，用于封装异步任务。
2.2 线程池管理

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  • ExecutorService: 管理线程池和执行任务的接口。
  • ThreadPoolExecutor: ExecutorService的具体实现，提供线程池的详细控制。
  • ScheduledExecutorService: 用于延迟执行或定期执行任务的接口。
  • ForkJoinPool: 专为ForkJoinTask任务设计的线程池，支持工作窃取算法。
2.3 同步辅助工具

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  • CountDownLatch: 让一个或多个线程等待其他线程完成操作。
  • CyclicBarrier: 允许一组线程相互等待，直到所有线程都到达某个公共屏障点。
  • Semaphore: 控制对有限资源的访问数量。
  • Phaser: 管理多个线程之间的多个阶段的同步。
  • Exchanger: 用于两个线程之间的数据交换。
2.4 锁机制

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  • ReentrantLock: 可重入的互斥锁。
  • ReadWriteLock: 允许多个读操作并行，但写操作是独占的锁。
  • StampedLock: 支持乐观读和悲观写的更先进的读写锁。
  • Lock: 提供比synchronized更丰富的锁定机制的接口。
2.5 并发集合

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  • ConcurrentHashMap: 线程安全的哈希表实现。
  • ConcurrentLinkedQueue: 线程安全的无界队列。
  • BlockingQueue: 支持阻塞操作的队列接口。
  • SynchronousQueue: 不存储元素的阻塞队列。
  • PriorityBlockingQueue: 具有优先级的线程安全阻塞队列。
  • DelayQueue: 存储元素具有指定延迟的无界阻塞队列。
  • CopyOnWriteArrayList: 线程安全的变长数组实现。
  • ConcurrentSkipListMap: 线程安全的有序映射。
2.6 原子类和非阻塞编程

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  • AtomicInteger, AtomicLong, AtomicReference: 无锁的线程安全编程组件。
  • LongAdder, DoubleAdder: 高效的长整型和双精度浮点型数值累加。
  • Striped64: 实现高效的并发计数器。
  • ThreadLocalRandom: 为每个线程提供独立的随机数生成器实例。
2.7 异步编程

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  • CompletableFuture: 编写异步代码，链接多个异步操作。
  • ForkJoinTask: 用于将任务分解成更小的任务。
  • Stream API: 支持并行数据处理流水线。
2.8 并发控制和模式

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  • volatile 关键字: 确保变量的可见性和有序性。
  • Transient Fault Handling: 实现暂时性故障处理模式。
  • 并发模式: 如生产者-消费者模式、读者-写者模式等。
2.9 分布式并发控制
  • 分布式锁: 在分布式系统中实现不同节点间操作的原子性。
2.10 并发编程模型
  • Actor模型: 通过消息传递来处理并发。
2.11 响应式编程
  • 反应式编程构件: 如java.util.concurrent.Flow模块。
  • 响应式编程框架: 如RxJava、Project Reactor。
2.12 调试和分析工具
  • 并发调试和分析工具: 如JConsole、VisualVM等。
2.13 其他
  • 不可变对象: 使用final关键字和不可变集合类创建线程安全对象。
  • 分段锁: 手动将数据结构分割成多个段，并为每段提供独立的锁。
  • 锁粗化和锁消除: 通过JVM优化并发控制。
  • 协程: 简化异步编程模型。
  • 并发数据结构的自定义实现: 根据需求自定义实现并发数据结构。