一、項(xiàng)目背景與簡介

JavaGuide由GitHub用戶Snailclimb開發(fā)并維護(hù)，是一個(gè)全面而深入的Java學(xué)習(xí)資源庫。它旨在為Java初學(xué)者和有經(jīng)驗(yàn)的開發(fā)者提供一個(gè)系統(tǒng)的學(xué)習(xí)路徑和豐富的資源，幫助他們系統(tǒng)地學(xué)習(xí)和鞏固Java及相關(guān)技術(shù)知識(shí)。

二、項(xiàng)目內(nèi)容與特點(diǎn)

1. Java基礎(chǔ)：詳細(xì)解釋了Java的基本概念、語法和核心類庫，為初學(xué)者打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
2. 集合框架：深入分析了ArrayList、LinkedList、HashMap等常用集合類的源碼和使用場景，幫助開發(fā)者更好地理解和應(yīng)用這些集合類。
3. 并發(fā)編程：涵蓋了線程、鎖、并發(fā)集合等高級并發(fā)編程知識(shí)，幫助開發(fā)者掌握J(rèn)ava并發(fā)編程的核心技術(shù)。
4. JVM：詳細(xì)介紹了Java虛擬機(jī)的內(nèi)存模型、垃圾回收機(jī)制和類加載過程，讓開發(fā)者對Java的運(yùn)行環(huán)境有更深入的了解。
5. 新特性：總結(jié)了從Java 8到最新版本的各個(gè)版本的新特性，幫助開發(fā)者緊跟Java技術(shù)的最新發(fā)展。

此外，JavaGuide還涉及了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法等計(jì)算機(jī)科學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)，為開發(fā)者提供了一個(gè)全面的技術(shù)棧學(xué)習(xí)平臺(tái)。

JavaGuide的特點(diǎn)還包括：

• 全面性：覆蓋了Java開發(fā)的各個(gè)方面，從基礎(chǔ)到高級，從理論到實(shí)踐，應(yīng)有盡有。
• 實(shí)用性：項(xiàng)目中的內(nèi)容都是經(jīng)過精心挑選和整理的，旨在解決實(shí)際開發(fā)中的常見問題。同時(shí)，提供了大量的代碼示例和面試題，幫助開發(fā)者更好地理解和應(yīng)用知識(shí)。
• 更新及時(shí)：緊跟Java的最新發(fā)展，及時(shí)更新內(nèi)容，確保信息的時(shí)效性和準(zhǔn)確性。
• 社區(qū)支持：JavaGuide是一個(gè)開源項(xiàng)目，擁有活躍的社區(qū)支持。用戶可以在社區(qū)中參與貢獻(xiàn)、尋求幫助或分享經(jīng)驗(yàn)。

三、如何學(xué)習(xí)與使用JavaGuide

1. 下載與安裝：可以從JavaGuide的官方網(wǎng)站或GitHub倉庫下載源代碼壓縮包，或者通過git命令來clone倉庫。下載完成后，進(jìn)入JavaGuide項(xiàng)目的根目錄。
2. 構(gòu)建與運(yùn)行：確保系統(tǒng)已經(jīng)安裝了Maven等構(gòu)建工具，然后執(zhí)行相應(yīng)的命令來構(gòu)建并運(yùn)行JavaGuide。例如，可以使用“mvn clean package java -jar target/JavaGuide-xxx.jar”命令來運(yùn)行JavaGuide。
3. 學(xué)習(xí)與進(jìn)階：無論是Java初學(xué)者還是有一定經(jīng)驗(yàn)的開發(fā)者，都可以通過JavaGuide系統(tǒng)地學(xué)習(xí)和鞏固Java及相關(guān)技術(shù)知識(shí)?？梢园凑認(rèn)avaGuide的學(xué)習(xí)路徑逐步深入，也可以根據(jù)自己的興趣和需求選擇特定的章節(jié)進(jìn)行學(xué)習(xí)。
4. 面試準(zhǔn)備：JavaGuide中包含了大量的面試題和解析，非常適合正在準(zhǔn)備Java相關(guān)職位面試的求職者?？梢酝ㄟ^學(xué)習(xí)這些面試題和解析來提高自己的面試技巧和競爭力。
5. 日常開發(fā)參考：JavaGuide中的源碼分析和最佳實(shí)踐部分可以作為日常開發(fā)中的參考資料。在遇到問題時(shí)，可以查閱JavaGuide中的相關(guān)內(nèi)容來尋找解決方案或靈感。

樂觀鎖和悲觀鎖詳解

如果將悲觀鎖（Pessimistic Lock）和樂觀鎖（PessimisticLock 或 OptimisticLock）對應(yīng)到現(xiàn)實(shí)生活中來。悲觀鎖有點(diǎn)像是一位比較悲觀（也可以說是未雨綢繆）的人，總是會(huì)假設(shè)最壞的情況，避免出現(xiàn)問題。樂觀鎖有點(diǎn)像是一位比較樂觀的人，總是會(huì)假設(shè)最好的情況，在要出現(xiàn)問題之前快速解決問題。

什么是悲觀鎖？

悲觀鎖總是假設(shè)最壞的情況，認(rèn)為共享資源每次被訪問的時(shí)候就會(huì)出現(xiàn)問題(比如共享數(shù)據(jù)被修改)，所以每次在獲取資源操作的時(shí)候都會(huì)上鎖，這樣其他線程想拿到這個(gè)資源就會(huì)阻塞直到鎖被上一個(gè)持有者釋放。也就是說，共享資源每次只給一個(gè)線程使用，其它線程阻塞，用完后再把資源轉(zhuǎn)讓給其它線程。

像 Java 中synchronized和ReentrantLock等獨(dú)占鎖就是悲觀鎖思想的實(shí)現(xiàn)。

public void performSynchronisedTask() {synchronized (this) {// 需要同步的操作}
}private Lock lock = new ReentrantLock();
lock.lock();
try {// 需要同步的操作
} finally {lock.unlock();
}

高并發(fā)的場景下，激烈的鎖競爭會(huì)造成線程阻塞，大量阻塞線程會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)的上下文切換，增加系統(tǒng)的性能開銷。并且，悲觀鎖還可能會(huì)存在死鎖問題（線程獲得鎖的順序不當(dāng)時(shí)），影響代碼的正常運(yùn)行。

什么是樂觀鎖？

樂觀鎖總是假設(shè)最好的情況，認(rèn)為共享資源每次被訪問的時(shí)候不會(huì)出現(xiàn)問題，線程可以不停地執(zhí)行，無需加鎖也無需等待，只是在提交修改的時(shí)候去驗(yàn)證對應(yīng)的資源（也就是數(shù)據(jù)）是否被其它線程修改了（具體方法可以使用版本號(hào)機(jī)制或 CAS 算法）。

在 Java 中java.util.concurrent.atomic包下面的原子變量類（比如AtomicInteger、LongAdder）就是使用了樂觀鎖的一種實(shí)現(xiàn)方式 CAS 實(shí)現(xiàn)的。

CAS 算法

CAS 的全稱是 Compare And Swap（比較與交換） ，用于實(shí)現(xiàn)樂觀鎖，被廣泛應(yīng)用于各大框架中。CAS 的思想很簡單，就是用一個(gè)預(yù)期值和要更新的變量值進(jìn)行比較，兩值相等才會(huì)進(jìn)行更新。

CAS 是一個(gè)原子操作，底層依賴于一條 CPU 的原子指令。

原子操作 即最小不可拆分的操作，也就是說操作一旦開始，就不能被打斷，直到操作完成。

CAS 涉及到三個(gè)操作數(shù)：

• V：要更新的變量值(Var)
• E：預(yù)期值(Expected)
• N：擬寫入的新值(New)

當(dāng)且僅當(dāng) V 的值等于 E 時(shí)，CAS 通過原子方式用新值 N 來更新 V 的值。如果不等，說明已經(jīng)有其它線程更新了 V，則當(dāng)前線程放棄更新。

舉一個(gè)簡單的例子：線程 A 要修改變量 i 的值為 6，i 原值為 1（V = 1，E=1，N=6，假設(shè)不存在 ABA 問題）。

1. i 與 1 進(jìn)行比較，如果相等， 則說明沒被其他線程修改，可以被設(shè)置為 6 。
2. i 與 1 進(jìn)行比較，如果不相等，則說明被其他線程修改，當(dāng)前線程放棄更新，CAS 操作失敗。

當(dāng)多個(gè)線程同時(shí)使用 CAS 操作一個(gè)變量時(shí)，只有一個(gè)會(huì)勝出，并成功更新，其余均會(huì)失敗，但失敗的線程并不會(huì)被掛起，僅是被告知失敗，并且允許再次嘗試，當(dāng)然也允許失敗的線程放棄操作。

關(guān)于 CAS 的進(jìn)一步介紹，可以閱讀讀者寫的這篇文章：CAS 詳解，其中詳細(xì)提到了 Java 中 CAS 的實(shí)現(xiàn)以及 CAS 存在的一些問題。

一、JMM的基本概念

JMM定義了線程之間共享變量的可見性和有序性規(guī)則，為開發(fā)者提供了一種可靠的同步機(jī)制，以避免并發(fā)程序中常見的線程安全問題。JMM包含兩個(gè)主要的內(nèi)存區(qū)域：主內(nèi)存和工作內(nèi)存。

1. 主內(nèi)存：主內(nèi)存是所有線程共享的內(nèi)存區(qū)域，包含了程序的全局變量和靜態(tài)變量。主內(nèi)存是多個(gè)線程之間的交互媒介，線程之間通過主內(nèi)存進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳遞和共享。
2. 工作內(nèi)存：工作內(nèi)存是線程私有的內(nèi)存區(qū)域，包含了線程棧中的局部變量和操作線程棧的操作數(shù)棧等。每個(gè)線程都有自己獨(dú)立的工作內(nèi)存，工作內(nèi)存存儲(chǔ)了線程在執(zhí)行過程中需要用到的數(shù)據(jù)。

二、JMM的三大特性

JMM的三大特性是原子性、可見性和有序性，它們共同保證了多線程環(huán)境下數(shù)據(jù)的安全性和一致性。

1. 原子性（Atomicity）：

   • 原子性指的是一個(gè)操作要么全部執(zhí)行成功，要么全部不執(zhí)行。JMM保證了對基本類型的讀寫操作的原子性。例如，對一個(gè)int類型的變量進(jìn)行++操作，JMM保證這個(gè)操作不會(huì)出現(xiàn)讀取臟數(shù)據(jù)或者寫入不完整數(shù)據(jù)的情況。
   • JMM通過使用synchronized關(guān)鍵字、volatile關(guān)鍵字和原子類（如AtomicInteger）等機(jī)制來保證原子性。

2. 可見性（Visibility）：

   • 可見性指的是一個(gè)線程對一個(gè)變量的寫操作對其他線程可見。即使在不同的線程中，一個(gè)線程對共享變量的修改也能被其他線程立即觀察到。
   • JMM通過使用鎖機(jī)制和內(nèi)存屏障來實(shí)現(xiàn)可見性。例如，使用synchronized關(guān)鍵字對代碼塊進(jìn)行同步，每次進(jìn)入同步塊的線程都會(huì)從主內(nèi)存中讀取最新的值，保證了可見性。volatile關(guān)鍵字也可以確保被修飾的變量的寫操作對其他線程立即可見。

3. 有序性（Ordering）：

   • 有序性指的是在一個(gè)線程中的操作順序與程序代碼的順序一致。然而，在多線程環(huán)境下，由于指令重排和緩存一致性等原因，程序的執(zhí)行順序可能與代碼順序不一致。
   • JMM通過使用內(nèi)存屏障來禁止特定類型的指令重排，保證程序的有序性。例如，volatile關(guān)鍵字可以禁止對volatile變量的讀/寫操作進(jìn)行指令重排序。

三、JMM的Happens-Before規(guī)則

Happens-Before規(guī)則是JMM的核心原則之一，用于定義操作之間的順序關(guān)系，基于此關(guān)系來保證數(shù)據(jù)的可見性和一致性。以下是Java中的Happens-Before規(guī)則：

1. 程序順序規(guī)則：在一個(gè)線程內(nèi)，代碼的執(zhí)行順序按照程序代碼的書寫順序。
2. 監(jiān)視器鎖規(guī)則：一個(gè)unlock操作在后續(xù)對同一鎖的lock操作之前。
3. volatile變量規(guī)則：對一個(gè)volatile變量的寫操作先行發(fā)生于后面對該volatile變量的讀操作。
4. 線程啟動(dòng)規(guī)則：Thread.start()方法先行發(fā)生于此線程的每一個(gè)動(dòng)作。
5. 線程中斷規(guī)則：對線程的interrupt()調(diào)用先行發(fā)生于被中斷線程的代碼檢測到中斷事件。
6. 線程終止規(guī)則：線程的所有操作先行發(fā)生于此線程的終止檢測（Thread.join()返回，Thread.isAlive()返回false）。
7. 對象終結(jié)規(guī)則：對象的構(gòu)造函數(shù)執(zhí)行結(jié)束先行發(fā)生于finalize()方法的開始。

四、JMM的應(yīng)用與注意事項(xiàng)

1. 正確使用volatile關(guān)鍵字：當(dāng)某個(gè)變量在多線程環(huán)境下被頻繁讀取且不需要復(fù)雜的同步操作時(shí)，可以使用volatile關(guān)鍵字來保證變量的可見性和有序性。
2. 合理選擇synchronized和Lock：在需要對共享資源進(jìn)行原子操作且需要控制訪問順序時(shí)，可以使用synchronized關(guān)鍵字或Lock接口來保證原子性和可見性。
3. 注意指令重排序的影響：編譯器和處理器可能會(huì)對指令進(jìn)行重排序以提高性能，但在多線程環(huán)境下，指令重排序可能導(dǎo)致內(nèi)存可見性問題。因此，在編寫多線程程序時(shí)，需要特別注意指令重排序的影響，并合理使用內(nèi)存屏障等機(jī)制來保證程序的正確性。