Java 并发基础

学习目标：理解任务执行、共享状态、可见性与虚拟线程，避免把并发当作无条件提速。

1. 任务与线程

并发允许多个任务在时间上交错推进；并行是同一时刻在不同计算资源上执行。I/O 等待多的任务可能从并发中受益，CPU 密集任务受核心数限制。

import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.Future;

public class Main {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        try (var executor = Executors.newVirtualThreadPerTaskExecutor()) {
            Future<String> result = executor.submit(() -> "处理完成");
            System.out.println(result.get());
        }
    }
}

Java 21 的虚拟线程适合大量阻塞式 I/O 任务，但不会让 CPU 计算突破硬件限制。Future.get() 会等待结果；在请求链路中需要明确超时、取消和错误传播。数据库连接池等外部资源仍有容量上限。

2. 共享状态与可见性

多个线程同时修改 count++ 不安全，因为读取、加一和写回不是一个不可分割操作。可使用 synchronized、AtomicInteger 或通过消息传递避免共享；选择取决于要保护的状态范围。

import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;

class Counter {
    private final AtomicInteger value = new AtomicInteger();
    int increment() { return value.incrementAndGet(); }
}

volatile 保证特定读取和写入的可见性与顺序约束，不使 count++ 自动变成原子操作。多个相关字段需要保持一致时，仅对单字段使用原子类也可能不足。

3. 生产服务中的边界

• 为外部 I/O 设置超时，确保取消后能够释放资源。
• 不在锁内执行慢网络调用；避免锁顺序不一致引发死锁。
• 线程池或虚拟线程数不是吞吐量的唯一限制，数据库连接、下游限流和内存都可能先达到上限。
• 测试要覆盖并发冲突，但一次“跑过”不能证明无竞争；结合压力测试、日志和监控。

自测

1. volatile int count 的 count++ 是否线程安全？不是。
2. 虚拟线程适合什么负载？大量可阻塞的 I/O 任务；CPU 密集计算仍受核心数限制。

4. 原子操作、锁与复合规则

AtomicInteger.incrementAndGet() 可原子地加一，但“先检查余额、再扣款”是包含多个步骤的业务规则，不能靠单个原子计数器自动保证。多个字段需要同时一致时，应使用同一把锁、数据库事务或重新设计状态所有权。

class Inventory {
    private int stock = 3;
    synchronized boolean reserve() {
        if (stock == 0) return false;
        stock--;
        return true;
    }
}

这里 synchronized 保护整个检查与修改过程。真实库存通常在数据库中，需要通过事务、行锁或乐观版本控制处理多实例并发；Java 进程内的锁无法协调另一台服务器。

5. 取消、超时与虚拟线程

调用 Future.cancel(true) 会请求中断正在运行的任务，但被调用代码需正确响应中断。捕获 InterruptedException 后若不能向上抛，应恢复中断标记 Thread.currentThread().interrupt()；吞掉中断会使取消失效。虚拟线程适合大量阻塞式 I/O，但仍要限制数据库连接数、下游请求数和队列长度；不要用无界任务提交掩盖容量问题。

练习：让 20 个任务同时抢 3 个库存，验证成功次数恰好为 3；再去掉 synchronized，观察测试为何可能偶尔通过、偶尔失败。