《Java 100 天进阶之路》并发编程与JUC详解（第51~60篇）核心知识点汇总
并发编程与JUC详解（第51~60篇）核心知识点汇总
本阶段共10篇文章，覆盖Java并发编程从基础到精通的完整链路，是面试权重最高、区分度最大的模块之一。
第51篇：线程生命周期与创建方式
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6种线程状态（Thread.State）：
- NEW：线程创建但未启动（
new Thread()） - RUNNABLE：可运行状态（就绪 + 运行中），JVM将两者合并
- BLOCKED：阻塞状态，等待获取监视器锁（
synchronized锁被占用） - WAITING：无限期等待，需显式唤醒（
wait()、join()、park()） - TIMED_WAITING：有限期等待，超时自动唤醒（
sleep(ms)、wait(ms)、join(ms)） - TERMINATED：终止状态（
run()结束或异常退出）
4种线程创建方式：
- 继承Thread类（不推荐，单继承限制）
- 实现Runnable接口（最常用，Lambda写法）
- 实现Callable接口（有返回值，可抛异常）
- 线程池（ExecutorService）
核心对比：
- sleep() vs wait()：sleep不释放锁，wait释放锁；sleep时间到自醒，wait需notify唤醒
- start() vs run()：start启动新线程，run是普通方法调用
- 虚拟线程（JDK 21+）：轻量级线程（几百字节），M:N调度，适合高并发I/O密集型，不适合CPU密集型
第52篇：synchronized深度解析
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三种使用方式：
- 修饰实例方法 → 锁当前实例
this - 修饰静态方法 → 锁当前类的
Class对象 - 修饰代码块 → 锁括号内指定对象（推荐，粒度最细）
锁升级全流程（JDK 1.6+）：
- 无锁→偏向锁→轻量级锁→重量级锁（单向升级，不可逆）
- 偏向锁：单线程场景，Mark Word存线程ID，无CAS开销
- 轻量级锁：轻度竞争，自旋等待（CAS），Lock Record在栈帧
- 重量级锁：重度竞争，OS互斥量，ObjectMonitor（
_owner、_count、_EntryList、_WaitSet）
Mark Word（64位JVM）：
- 存储锁状态、hashCode、分代年龄、偏向线程ID
- 锁标志位：01（无锁/偏向）、00（轻量级）、10（重量级）、11（GC标记）
JVM优化：
- 自适应自旋锁（JVM动态调整自旋次数）
- 锁消除（逃逸分析移除无竞争锁）
- 锁粗化（合并连续加锁/解锁）
关键陷阱：
- JDK 15+默认禁用偏向锁（
-XX:+UseBiasedLocking可重新启用） - 虚拟线程中慎用synchronized → 导致Pinning（固定在载体线程）
第53篇：volatile与JMM
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JMM（Java内存模型）核心：
- 抽象结构：主内存（共享变量）+ 工作内存（CPU缓存）
- JMM ≠ JVM内存结构——JMM管“怎么看见”，JVM内存结构管“存哪里”
- 三大特性：原子性（synchronized/锁）、可见性（volatile）、有序性（内存屏障）
volatile特性：
- ✅ 保证可见性（写即刷主存，读即强制重载）
- ✅ 禁止指令重排序（内存屏障）
- ❌ 不保证原子性（
i++是读-改-写三步）
内存屏障四种类型：
- StoreStore：禁止普通写重排到volatile写之前
- StoreLoad：禁止volatile写重排到后续读写之后（开销最大）
- LoadLoad：禁止volatile读后续普通读重排到前面
- LoadStore：禁止volatile读后续普通写重排到前面
Happens-Before规则：
- volatile写 → volatile读（核心规则）
- 程序顺序规则、锁规则、传递性
DCL单例必须加volatile：防止new Singleton()三步（分配内存→初始化→引用赋值）重排导致半初始化对象暴露 → NPE
第54篇：AQS抽象队列同步器
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AQS核心三要素：
- volatile int state：同步状态（0=空闲，>0=占用/重入/许可数）
- CLH双向FIFO队列：存储等待线程（Node节点，含thread、waitStatus、prev、next）
- 模板方法模式：子类实现
tryAcquire/tryRelease等，AQS提供acquire/release骨架
两种同步模式：
- 独占模式（Exclusive）：同一时刻只有一个线程能获取 → ReentrantLock
- 共享模式（Shared）：同一时刻多个线程可获取 → Semaphore、CountDownLatch
Node.waitStatus：CANCELLED(1)、SIGNAL(-1)、CONDITION(-2)、PROPAGATE(-3)、0(初始)
ReentrantLock可重入实现：state计数，当前线程是持有者时state++，解锁时state--归零释放
第55篇：线程池ThreadPoolExecutor
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七大核心参数：
| 参数 | 说明 |
|---|---|
| corePoolSize | 核心线程数（常驻员工） |
| maximumPoolSize | 最大线程数（核心+非核心） |
| keepAliveTime | 非核心线程空闲存活时间 |
| unit | 时间单位 |
| workQueue | 工作队列（BlockingQueue） |
| threadFactory | 线程工厂（自定义线程名） |
| handler | 拒绝策略 |
四步执行流程：
- 当前线程数 < corePoolSize → 创建核心线程执行
- 核心线程满 → 任务放入队列等待
- 队列满 → 当前线程数 < maximumPoolSize → 创建非核心线程
- 线程也满 → 执行拒绝策略
四种拒绝策略：
- AbortPolicy（默认）：抛
RejectedExecutionException - CallerRunsPolicy：调用者线程执行（可防止任务丢失，会阻塞调用者）
- DiscardPolicy：静默丢弃新任务
- DiscardOldestPolicy：丢弃队列最旧任务，重新提交
Executors陷阱（禁止使用）：
newFixedThreadPool：无界LinkedBlockingQueue → 任务堆积 → OOMnewCachedThreadPool：maxPoolSize=Integer.MAX_VALUE → 无限线程 → 资源耗尽
线程数计算公式：CPU密集型 = CPU核数 + 1；IO密集型 = CPU核数 × 2
第56篇：死锁与排查工具
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死锁四大必要条件（Coffman条件）：
- 互斥：资源一次只能被一个线程占用
- 持有并等待：持有资源的同时等待其他资源
- 不可剥夺：资源只能主动释放，不能强行剥夺
- 循环等待：线程之间形成等待环路
排查工具：
jstack -l <PID>（命令行首选）：输出Found one Java-level deadlock，定位waiting to lock和locked行号jconsole（图形化）：一键检测死锁VisualVM（深度分析）：线程状态监控
死锁 vs 活锁 vs 饥饿：
- 死锁：永久阻塞，不主动干预永不恢复
- 活锁：不阻塞但不断重试失败，空转无推进
- 饥饿：有进展但极其缓慢（低优先级线程）
预防策略（破坏四大条件之一）：
- 统一锁顺序（破坏循环等待）
ReentrantLock.tryLock(timeout)超时（破坏不可剥夺）- 一次性申请所有资源，失败则全部释放（破坏持有并等待）
- 减少锁粒度（使用ConcurrentHashMap等）
第57篇：CompletableFuture异步编程
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Future四大痛点：
- 阻塞获取结果（
get()异步变同步） - 无法链式调用
- 无法组合多个任务
- 异常处理困难
核心API：
| 方法 | 说明 |
|---|---|
supplyAsync(Supplier) | 有返回值的异步任务 |
runAsync(Runnable) | 无返回值的异步任务 |
thenApply(Function) | 同步转换结果（同一线程） |
thenApplyAsync(Function) | 异步转换结果（新线程） |
thenCompose(Function) | 串联异步任务（扁平化） |
thenCombine | 并行合并两个任务结果 |
allOf | 等待所有任务完成（Void） |
anyOf | 等待任意一个任务完成 |
异常处理三件套：
exceptionally(Function)：仅异常时触发，返回兜底值handle(BiFunction)：成功/失败都触发，可继续链式处理whenComplete(BiConsumer)：收尾工作，不改变结果，异常继续传播
线程池配置：
- 禁止使用
ForkJoinPool.commonPool()：业务异步必须自建线程池 - CPU密集型：接近CPU核心数；IO密集型：CPU核心数×2
第58篇：原子类与CAS
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CAS三要素：内存位置 V、预期值 A、新值 B
- CPU原子指令（x86：
lock cmpxchg），硬件保证原子性 - CAS失败 → 自旋重试（
for(;;)循环）
原子类五大分类：
- 基本类型：
AtomicInteger、AtomicLong、AtomicBoolean - 数组类型：
AtomicIntegerArray、AtomicLongArray、AtomicReferenceArray - 引用类型：
AtomicReference、AtomicStampedReference（解决ABA）、AtomicMarkableReference - 属性更新器：
AtomicIntegerFieldUpdater等（零内存开销，字段必须volatile） - 高性能累加器：
LongAdder、DoubleAdder、LongAccumulator
ABA问题：值 A→B→A，CAS误判为未被修改 →AtomicStampedReference（版本号）解决
LongAdder设计：
- 低并发：直接CAS更新
base - 高并发：分段累加
Cell[]（各自累加，最后求和） @Contended防止伪共享（每个Cell独占缓存行）- 性能是AtomicLong的4倍以上
VarHandle替代Unsafe（JDK 23重要变更）：
- Unsafe内存访问方法已废弃（JEP 471）
- 推荐方案：
MethodHandles.lookup().findVarHandle() - 优势：直接映射JVM字节码，类型校验，精细内存顺序控制
第59篇：ThreadLocal原理与内存泄漏
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核心设计：空间换时间，每个线程独立变量副本，实现线程间数据隔离
JDK 1.8架构（控制权反转）：
- ThreadLocal 不再维护全局Map
- 每个Thread对象持有自己的
ThreadLocalMap - ThreadLocal实例作为Map的key
Entry结构（关键设计）：
- key（ThreadLocal实例）：
WeakReference弱引用 - value（变量副本）：强引用
内存泄漏完整链路：
ThreadLocal外部引用被置空 → GC回收ThreadLocal对象 → Entry.key变为null（弱引用特性）→ Entry.value仍是强引用无法回收 → 线程存活 → ThreadLocalMap存活 → null-key Entry永久残留 → 🔴内存泄漏关键结论：
- 弱引用只解决了ThreadLocal对象的回收（缓解泄漏），不能解决value的回收
- 根治方案：
try-finally保证remove()执行
跨线程传递方案：
InheritableThreadLocal：父子线程传递（仅新建子线程时复制）TransmittableThreadLocal（阿里开源）：线程池场景上下文传递
remove() vs set(null)：
remove()：删除整个Entry（key+value），彻底释放内存set(null)：只设value为null，Entry仍存在，内存泄漏未解决
第60篇：并发编程面试压轴题
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本阶段共10篇，内容对应第51~59篇的全部考点，覆盖8大模块、30+高频题。
核心模块速览：
| 模块 | 核心考点 | 面试权重 |
|---|---|---|
| 基础概念 | 线程6种状态、sleep/wait、4种创建方式 | ⭐⭐⭐⭐ |
| 锁机制 | synchronized锁升级、Mark Word、ReentrantLock | ⭐⭐⭐⭐⭐ |
| JMM与volatile | 可见性、有序性、内存屏障、happens-before | ⭐⭐⭐⭐⭐ |
| AQS与并发工具 | 核心三要素、独占/共享模式、Semaphore | ⭐⭐⭐⭐⭐ |
| 线程池 | 七大参数、执行流程、拒绝策略、Executors陷阱 | ⭐⭐⭐⭐⭐ |
| 死锁排查 | 四大必要条件、jstack实战 | ⭐⭐⭐⭐ |
| 异步与无锁 | CompletableFuture编排、CAS三要素、ABA | ⭐⭐⭐⭐ |
| ThreadLocal | 内存泄漏根因、弱引用/强引用、remove | ⭐⭐⭐⭐ |