Java 并发编程用于让多个任务在同一时间段内推进执行，从而提升吞吐、降低响应时间，并更好地利用多核 CPU 和外部 IO 等待时间。

并发不是“多开几个线程”这么简单。真正的并发能力包括：

• 任务如何拆分。
• 线程如何创建、复用和关闭。
• 共享数据如何保证安全。
• 线程之间如何通信。
• 内存可见性和指令重排序如何处理。
• 锁、原子类、并发容器、线程池如何选型。

1. 并发与并行

概念	含义	示例
并发	多个任务在同一时间段内交替推进	单核 CPU 切换执行多个线程
并行	多个任务在同一时刻真正同时执行	多核 CPU 同时运行多个线程

示意：

并发：
时间轴 -> A A B A C B C

并行：
CPU1 -> A A A A
CPU2 -> B B B B
CPU3 -> C C C C

Java 并发代码既可能运行在单核上的交替执行，也可能运行在多核上的真正并行。

2. 为什么需要并发

常见收益：

目标	说明
提升吞吐	多个任务同时处理，单位时间完成更多工作
降低延迟	IO 等待时让其他任务继续执行
利用多核	CPU 密集型任务可拆分并行计算
改善响应	后台任务异步执行，主流程快速返回
解耦流程	生产者和消费者通过队列协作

并发适合：

• Web 请求处理。
• 批量任务执行。
• 异步通知。
• 日志、消息、文件处理。
• 生产者消费者模型。
• 多核计算。

不适合为了“看起来高级”而滥用。并发会引入调度、同步、上下文切换和排查复杂度。

3. 并发问题地图

并发程序最常见问题可以归为三类：

并发问题
├─ 原子性
│  └─ 多步操作被线程切换打断
├─ 可见性
│  └─ 一个线程修改，另一个线程看不到
└─ 有序性
   └─ 编译器/CPU/JIT 重排序影响执行观察结果

示例：

count++;

这不是一个原子操作，概念上包含：

读取 count
  │
  ▼
加 1
  │
  ▼
写回 count

多个线程同时执行时，可能发生更新丢失。

4. Java 并发体系

Java 并发
├─ 线程基础
│  ├─ Thread
│  ├─ Runnable
│  ├─ Callable
│  └─ 线程生命周期
├─ 内存模型
│  ├─ JMM
│  ├─ happens-before
│  └─ volatile
├─ 同步机制
│  ├─ synchronized
│  ├─ ReentrantLock
│  ├─ ReadWriteLock
│  └─ StampedLock
├─ 协作工具
│  ├─ wait/notify
│  ├─ CountDownLatch
│  ├─ CyclicBarrier
│  └─ Semaphore
├─ 执行框架
│  ├─ ThreadPoolExecutor
│  ├─ ScheduledThreadPoolExecutor
│  ├─ ForkJoinPool
│  └─ CompletableFuture
├─ 并发容器
│  ├─ ConcurrentHashMap
│  ├─ BlockingQueue
│  ├─ CopyOnWriteArrayList
│  └─ Atomic
└─ 排障与实践
   ├─ 死锁、活锁、饥饿
   ├─ 线程 dump 分析
   ├─ 线程池治理
   └─ 生产最佳实践

学习顺序建议：

1. 先理解线程、任务和生命周期。
2. 再理解线程安全的三大问题。
3. 接着学习 synchronized、volatile 和 JMM。
4. 然后学习线程池、锁、并发工具类。
5. 最后学习并发容器、异步编排、虚拟线程、问题排查和最佳实践。

5. 并发不是越多线程越好

线程数量过多会带来成本：

• 上下文切换增加。
• 栈内存占用增加。
• 锁竞争加剧。
• CPU 缓存失效。
• 排查难度上升。
• 外部资源被打爆，例如数据库连接、HTTP 下游服务。

线程执行成本模型：

任务执行时间
= 真正工作时间
+ 等待时间
+ 调度时间
+ 同步竞争时间
+ 上下文切换成本

优化并发系统时，不能只调大线程数，要看瓶颈在哪里。

6. CPU 密集型与 IO 密集型

类型	特点	线程数倾向
CPU 密集型	主要消耗 CPU，如计算、压缩、加密	接近 CPU 核心数
IO 密集型	大量等待网络、磁盘、数据库	可多于 CPU 核心数

经验公式只能作为起点，最终要结合：

• CPU 使用率。
• 队列长度。
• 平均响应时间。
• P95/P99 延迟。
• 下游资源容量。
• GC 和内存情况。

7. 并发代码的工程原则

• 优先减少共享状态。
• 共享状态必须有清晰的同步策略。
• 不要手动创建大量裸线程，优先线程池。
• 线程池必须有边界：线程数、队列、拒绝策略。
• 锁范围尽量小，但不要为了小而破坏一致性。
• 不要在锁内做慢 IO。
• 明确任务取消、超时和异常处理。
• 并发问题必须靠压测、监控、日志和线程 dump 验证。

Tips 快问快答

Q：并发和并行一样吗？ A：不一样。并发强调同一时间段内多个任务推进，并行强调同一时刻真正同时执行。

Q：Java 并发最核心的问题是什么？ A：原子性、可见性、有序性。

Q：线程越多性能越好吗？ A：不是。线程过多会增加上下文切换、内存占用和资源竞争。

Q：为什么不建议直接 new Thread？ A：不好统一管理生命周期、数量、异常和资源，生产代码通常用线程池。

Q：CPU 密集型任务线程数怎么估？ A：通常接近 CPU 核心数，再通过压测调整。

Q：IO 密集型任务线程数能更多吗？ A：可以，但必须受下游资源和队列容量限制。

Q：并发编程最好的优化是什么？ A：减少共享状态和阻塞点，很多时候比加锁技巧更重要。

Q：并发 bug 为什么难排查？ A：它依赖时序、调度和负载，常常无法稳定复现。