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從65節到82節，我們用了18篇文章討論併發，本節進行簡要總結。
多執行緒開發有兩個核心問題，一個是競爭，另一個是協作。競爭會出現執行緒安全問題，所以，本節首先總結執行緒安全的機制，然後是協作的機制。管理競爭和協作是複雜的，所以Java提供了更高層次的服務，比如併發容器類和非同步任務執行服務，我們也會進行總結。本節綱要如下：
- 執行緒安全的機制
- 執行緒的協作機制
- 容器類
- 任務執行服務
執行緒安全的機制
執行緒表示一條單獨的執行流，每個執行緒有自己的執行計數器，有自己的棧，但可以共享記憶體，共享記憶體是實現執行緒協作的基礎，但共享記憶體有兩個問題，競態條件和記憶體可見性，之前章節探討了解決這些問題的多種思路：
- 使用synchronized
- 使用顯式鎖
- 使用volatile
- 使用原子變數和CAS
- 寫時複製
- 使用ThreadLocal
synchronized
synchronized簡單易用，它只是一個關鍵字，大部分情況下，放到類的方法宣告上就可以了，既可以解決競態條件問題，也可以解決記憶體可見性問題。
需要理解的是，它保護的是物件，而不是程式碼，只有對同一個物件的synchronized方法呼叫，synchronized才能保證它們被順序呼叫。對於例項方法，這個物件是this，對於靜態方法，這個物件是類物件，對於程式碼塊，需要指定哪個物件。
另外，需要注意，它不能嘗試獲取鎖，也不響應中斷，還可能會死鎖。不過，相比顯式鎖，synchronized簡單易用，JVM也可以不斷優化它的實現，應該被優先使用。
顯式鎖
顯式鎖是相對於synchronized隱式鎖而言的，它可以實現synchronzied同樣的功能，但需要程式設計師自己建立鎖，呼叫鎖相關的介面，主要介面是Lock，主要實現類是ReentrantLock。
相比synchronized，顯式鎖支援以非阻塞方式獲取鎖、可以響應中斷、可以限時、可以指定公平性、可以解決死鎖問題，這使得它靈活的多。
在讀多寫少、讀操作可以完全並行的場景中，可以使用讀寫鎖以提高併發度，讀寫鎖的介面是ReadWriteLock，實現類是ReentrantReadWriteLock。
volatile
synchronized和顯式鎖都是鎖，使用鎖可以實現安全，但使用鎖是有成本的，獲取不到鎖的執行緒還需要等待，會有執行緒的上下文切換開銷等。保證安全不一定需要鎖。如果共享的物件只有一個，操作也只是進行最簡單的get/set操作，set也不依賴於之前的值，那就不存在競態條件問題，而只有記憶體可見性問題，這時，在變數的宣告上加上volatile就可以了。
原子變數和CAS
使用volatile，set的新值不能依賴於舊值，但很多時候，set的新值與原來的值有關，這時，也不一定需要鎖，如果需要同步的程式碼比較簡單，可以考慮原子變數，它們包含了一些以原子方式實現組合操作的方法，對於併發環境中的計數、產生序列號等需求，考慮使用原子變數而非鎖。
原子變數的基礎是CAS，比較並設定，一般的計算機系統都在硬體層次上直接支援CAS指令。通過迴圈CAS的方式實現原子更新是一種重要的思維，相比synchronized，它是樂觀的，而synchronized是悲觀的，它是非阻塞式的，而synchronized是阻塞式的。CAS是Java併發包的基礎，基於它可以實現高效的、樂觀、非阻塞式資料結構和演算法，它也是併發包中鎖、同步工具和各種容器的基礎。
寫時複製
之所以會有執行緒安全的問題，是因為多個執行緒併發讀寫同一個物件，如果每個執行緒讀寫的物件都是不同的，或者，如果共享訪問的物件是隻讀的，不能修改，那也就不存線上程安全問題了。
我們在介紹容器類CopyOnWriteArrayList和CopyOnWriteArraySet時介紹了寫時複製技術，寫時複製就是將共享訪問的物件變為只讀的，寫的時候，再使用鎖，保證只有一個執行緒寫，寫的執行緒不是直接修改原物件，而是新建立一個物件，對該物件修改完畢後，再原子性地修改共享訪問的變數，讓它指向新的物件。
ThreadLocal
ThreadLocal就是讓每個執行緒，對同一個變數，都有自己的獨有拷貝，每個執行緒實際訪問的物件都是自己的，自然也就不存線上程安全問題了。
執行緒的協作機制
多執行緒之間的核心問題，除了競爭，就是協作。我們在67節和68節介紹了多種協作場景，比如生產者/消費者協作模式、主從協作模式、同時開始、集合點等。之前章節探討了協作的多種機制：
- wait/notify
- 顯式條件
- 執行緒的中斷
- 協作工具類
- 阻塞佇列
- Future/FutureTask
wait/notify
wait/notify與synchronized配合一起使用，是執行緒的基本協作機制，每個物件都有一把鎖和兩個等待佇列，一個是鎖等待佇列，放的是等待獲取鎖的執行緒，另一個是條件等待佇列，放的是等待條件的執行緒，wait將自己加入條件等待佇列，notify從條件等待佇列上移除一個執行緒並喚醒，notifyAll移除所有執行緒並喚醒。
需要注意的是，wait/notify方法只能在synchronized程式碼塊內被呼叫，呼叫wait時，執行緒會釋放物件鎖，被notify/notifyAll喚醒後，要重新競爭物件鎖，獲取到鎖後才會從wait呼叫中返回，返回後，不代表其等待的條件就一定成立了，需要重新檢查其等待的條件。
wait/notify方法看上去很簡單，但往往難以理解wait等的到底是什麼，而notify通知的又是什麼，只能有一個條件等待佇列，這也是wait/notify機制的侷限性，這使得對於等待條件的分析變得複雜，67節和68節通過多個例子演示了其用法，這裡就不贅述了。
顯式條件
顯式條件與顯式鎖配合使用，與wait/notify相比，可以支援多個條件佇列，程式碼更為易讀，效率更高，使用時注意不要將signal/signalAll誤寫為notify/notifyAll。
中斷
Java中取消/關閉一個執行緒的方式是中斷，中斷並不是強迫終止一個執行緒，它是一種協作機制，是給執行緒傳遞一個取消訊號，但是由執行緒來決定如何以及何時退出，執行緒在不同狀態和IO操作時對中斷有不同的反應，作為執行緒的實現者，應該提供明確的取消/關閉方法，並用文件清楚描述其行為，作為執行緒的呼叫者，應該使用其取消/關閉方法，而不是貿然呼叫interrupt。
協作工具類
除了基本的顯式鎖和條件，針對常見的協作場景，Java併發包提供了多個用於協作的工具類。
訊號量類Semaphore用於限制對資源的併發訪問數。
倒數計時門栓CountDownLatch主要用於不同角色執行緒間的同步，比如在”裁判”-“運動員”模式中，”裁判”執行緒讓多個”運動員”執行緒同時開始，也可以用於協調主從執行緒，讓主執行緒等待多個從執行緒的結果。
迴圈柵欄CyclicBarrier用於同一角色執行緒間的協調一致，所有執行緒在到達柵欄後都需要等待其他執行緒，等所有執行緒都到達後再一起通過，它是迴圈的，可以用作重複的同步。
阻塞佇列
對於最常見的生產者/消費者協作模式，可以使用阻塞佇列，阻塞佇列封裝了鎖和條件，生產者執行緒和消費者執行緒只需要呼叫佇列的入隊/出隊方法就可以了，不需要考慮同步和協作問題。
阻塞佇列有普通的先進先出佇列，包括基於陣列的ArrayBlockingQueue和基於連結串列的LinkedBlockingQueue/LinkedBlockingDeque，也有基於堆的優先順序阻塞佇列PriorityBlockingQueue，還有可用於定時任務的延時阻塞佇列DelayQueue，以及用於特殊場景的阻塞佇列SynchronousQueue和LinkedTransferQueue。
Future/FutureTask
在常見的主從協作模式中，主執行緒往往是讓子執行緒非同步執行一項任務，獲取其結果，手工建立子執行緒的寫法往往比較麻煩，常見的模式是使用非同步任務執行服務，不再手工建立執行緒，而只是提交任務，提交後馬上得到一個結果，但這個結果不是最終結果，而是一個Future，Future是一個介面，主要實現類是FutureTask。
Future封裝了主執行緒和執行執行緒關於執行狀態和結果的同步，對於主執行緒而言，它只需要通過Future就可以查詢非同步任務的狀態、獲取最終結果、取消任務等，不需要再考慮同步和協作問題。
容器類
執行緒安全的容器有兩類，一類是同步容器，另一類是併發容器。在理解synchronized一節，我們介紹了同步容器。關於併發容器，我們介紹了：
- 寫時拷貝的List和Set
- ConcurrentHashMap
- 基於SkipList的Map和Set
- 各種佇列
同步容器
Collections類中有一些靜態方法，可以基於普通容器返回執行緒安全的同步容器，比如：
public static <T> Collection<T> synchronizedCollection(Collection<T> c)
public static <T> List<T> synchronizedList(List<T> list)
public static <K,V> Map<K,V> synchronizedMap(Map<K,V> m)
複製程式碼它們是給所有容器方法都加上synchronized來實現安全的。同步容器的效能比較低，另外，還需要注意一些問題，比如複合操作和迭代，需要呼叫方手工使用synchronized同步，並注意不要同步錯物件。
而併發容器是專為併發而設計的，執行緒安全、併發度更高、效能更高、迭代不會丟擲ConcurrentModificationException、很多容器以原子方式支援一些複合操作。
寫時拷貝的List和Set
CopyOnWriteArrayList基於陣列實現了List介面，CopyOnWriteArraySet基於CopyOnWriteArrayList實現了Set介面，它們採用了寫時拷貝，適用於讀遠多於寫，集合不太大的場合。不適用於陣列很大，且修改頻繁的場景。它們是以優化讀操作為目標的，讀不需要同步，效能很高，但在優化讀的同時就犧牲了寫的效能。
ConcurrentHashMap
HashMap不是執行緒安全的，在併發更新的情況下，HashMap的連結串列結構可能形成環，出現死迴圈，佔滿CPU。ConcurrentHashMap是併發版的HashMap，通過分段鎖和其他技術實現了高併發，讀操作完全並行，寫操作支援一定程度的並行，以原子方式支援一些複合操作，迭代不用加鎖，不會丟擲ConcurrentModificationException。
基於SkipList的Map和Set
ConcurrentHashMap不能排序，容器類中可以排序的Map和Set是TreeMap和TreeSet，但它們不是執行緒安全的。Java併發包中與TreeMap/TreeSet對應的併發版本是ConcurrentSkipListMap和ConcurrentSkipListSet。ConcurrentSkipListMap是基於SkipList實現的，SkipList稱為跳躍表或跳錶，是一種資料結構，主要操作複雜度為O(log(N))，併發版本採用跳錶而不是樹，是因為跳錶更易於實現高效併發演算法。
ConcurrentSkipListMap沒有使用鎖，所有操作都是無阻塞的，所有操作都可以並行，包括寫。與ConcurrentHashMap類似，迭代器不會丟擲ConcurrentModificationException，是弱一致的，也直接支援一些原子複合操作。
各種佇列
各種阻塞佇列主要用於協作，非阻塞佇列適用於多個執行緒併發使用一個佇列的場合，有兩個非阻塞佇列，ConcurrentLinkedQueue和ConcurrentLinkedDeque，ConcurrentLinkedQueue實現了Queue介面，表示一個先進先出的佇列，ConcurrentLinkedDeque實現了Deque介面，表示一個雙端佇列。它們都是基於連結串列實現的，都沒有限制大小，是無界的，這兩個類最基礎的實現原理是迴圈CAS，沒有使用鎖。
任務執行服務
關於任務執行服務，我們介紹了：
- 任務執行服務的基本概念
- 主要實現方式 – 執行緒池
- 方便處理結果的CompletionService
- 定時任務
基本概念
任務執行服務大大簡化了執行非同步任務所需的開發，它引入了一個”執行服務”的概念，將”任務的提交”和”任務的執行”相分離，”執行服務”封裝了任務執行的細節，對於任務提交者而言，它可以關注於任務本身，如提交任務、獲取結果、取消任務，而不需要關注任務執行的細節，如執行緒建立、任務排程、執行緒關閉等。
任務執行服務主要涉及以下介面：
- Runnable和Callable：表示要執行的非同步任務
- Executor和ExecutorService：表示執行服務
- Future：表示非同步任務的結果
使用者只需要通過ExecutorService提交任務，通過Future操作任務和結果即可，不需要關注執行緒建立和協調的細節。
執行緒池
任務執行服務的主要實現機制是執行緒池，實現類是ThreadPoolExecutor，執行緒池主要由兩個概念組成，一個是任務佇列，另一個是工作者執行緒。任務佇列是一個阻塞佇列，儲存待執行的任務。工作者執行緒主體就是一個迴圈，迴圈從佇列中接受任務並執行。ThreadPoolExecutor有一些重要的引數，理解這些引數對於合理使用執行緒池非常重要，78節對這些引數進行了詳細介紹，這裡就不贅述了。
ThreadPoolExecutor實現了生產者/消費者模式，工作者執行緒就是消費者，任務提交者就是生產者，執行緒池自己維護任務佇列。當我們碰到類似生產者/消費者問題時，應該優先考慮直接使用執行緒池，而非重新發明輪子，自己管理和維護消費者執行緒及任務佇列。
CompletionService
在非同步任務程式中，一種場景是，主執行緒提交多個非同步任務，然後希望有任務完成就處理結果，並且按任務完成順序逐個處理，對於這種場景，Java併發包提供了一個方便的方法，使用CompletionService，這是一個介面，它的實現類是ExecutorCompletionService，它通過一個額外的結果佇列，方便了對於多個非同步任務結果的處理。
定時任務
非同步任務中，常見的任務是定時任務。在Java中，有兩種方式實現定時任務：
- 使用java.util包中的Timer和TimerTask
- 使用Java併發包中的ScheduledExecutorService
Timer有一些需要特別注意的事項：
- 一個Timer物件背後只有一個Timer執行緒，這意味著，定時任務不能耗時太長，更不能是無限迴圈
- 在執行任何一個任務的run方法時，一旦run丟擲異常，Timer執行緒就會退出，從而所有定時任務都會被取消
ScheduledExecutorService的主要實現類是ScheduledThreadPoolExecutor，它沒有Timer的問題：
- 它的背後是執行緒池，可以有多個執行緒執行任務
- 任務執行執行緒會捕獲任務執行過程中的所有異常，一個定時任務的異常不會影響其他定時任務
所以，實踐中建議使用ScheduledExecutorService。
小結
針對多執行緒開發的兩個核心問題，競爭和協作，本節總結了執行緒安全和協作的多種機制，針對高層服務，本節總結了併發容器和任務執行服務，它們讓我們在更高的層次上訪問共享的資料結構，執行任務，而避免陷入執行緒管理的細節。到此為止，關於併發我們就告一段落了。
與之前章節一樣，我們的探討都是基於Java 7的，不過Java 7引入了一個Fork/Join框架，我們沒有討論。Java 8在併發方面也有一些更新，比如：
- 引入了CompletableFuture，增強了原來的Future，以便於實現組合式非同步程式設計
- ConcurrentHashMap增加了一些新的方法，內部實現也進行了優化
- 引入了流的概念，基於Fork/Join框架，可以非常方便的對大量資料進行並行操作
關於這些內容，我們在探討Java 8的時候再繼續討論。
從下一節開始，我們來探討Java中的一些動態特性，比如反射、註解、動態代理等，它們到底是什麼呢？
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