Java Concurrency in Practice

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出版者:Addison-Wesley Professional
作者:Brian Goetz
出品人:
页数:384
译者:
出版时间:2006-5-19
价格:USD 59.99
装帧:Paperback
isbn号码:9780321349606
丛书系列:
图书标签:
  • Java
  • concurrency
  • 并发
  • 编程
  • programming
  • 计算机
  • 并发程序设计
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  • 编程
  • 设计
  • 同步
  • 锁机制
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具体描述

This book covers:

Basic concepts of concurrency and thread safety

Techniques for building and composing thread-safe classes

Using the concurrency building blocks in java.util.concurrent

Performance optimization dos and don'ts

Testing concurrent programs

Advanced topics such as atomic variables, nonblocking algorithms, and the Java Memory Model

深入理解计算机系统:构建高效与可靠软件的基石 本书旨在为读者提供对现代计算机系统工作原理的全面、深入的洞察。它不仅仅是一本理论书籍,更是一本实用的指南,旨在帮助软件工程师、系统架构师以及对底层机制充满好奇的开发者,构建出更高效、更健壮的应用程序。 在当今软件快速迭代的环境中,性能瓶颈往往隐藏在不透明的系统层级之下。理解硬件如何执行指令、内存如何组织数据、操作系统如何调度任务,是编写出真正高性能代码的前提。本书将带您穿越这些抽象的壁垒,直达硅片和内核的交汇点。 第一部分:数字逻辑与数据表示的基石 本部分从最基础的层面开始,重申了所有软件计算的物理基础。我们将深入探讨二进制世界如何映射到我们日常使用的数值和结构上。 1. 信息的二进制表示: 彻底解析定点与浮点数的精确表示(IEEE 754标准),重点关注浮点运算中的精度损失、陷阱以及如何在特定领域(如金融计算)中规避这些问题。探讨如何高效地进行位操作,包括掩码、移位和原子位操作在优化算法中的应用。 2. 组合与时序逻辑电路的抽象: 虽然我们不直接设计晶体管,但理解基本逻辑门(AND, OR, XOR)如何组合成加法器、多路复用器和寄存器,有助于理解指令的执行路径。重点阐述锁存器(Latches)和触发器(Flip-Flops)如何构成时序电路的基础,为理解CPU内部状态的维护提供视角。 3. 整数运算的陷阱: 深入探讨有符号与无符号整数的溢出行为(Wrap-around),以及如何利用这些特性或防御它们。分析补码表示法,并解释现代CPU如何通过硬件优化(如流水线化加法单元)加速算术运算。 第二部分:处理器架构与指令集 本部分聚焦于执行代码的“大脑”——中央处理器(CPU)。我们将解剖现代处理器的内部结构及其对软件执行效率的影响。 1. 复杂指令集(CISC)到精简指令集(RISC): 对比主流架构的演变历程,重点分析RISC原则(如Load/Store架构)如何简化设计并提高并行性。探讨x86-64架构中指令解码的复杂性,以及现代CPU如何通过微操作(Micro-ops)将复杂指令转换为内部简单的RISC操作。 2. 指令级并行性(ILP)与流水线: 详细剖析指令流水线的各个阶段(取指、译码、执行、访存、写回)。深入解释数据相关性、控制相关性(分支)如何导致流水线停顿(Stall)。 3. 分支预测的艺术: 现代高性能的关键在于预测程序员下一步想做什么。我们将详细探讨静态和动态分支预测技术,包括两级预测器、GShare、以及如何通过代码重构(如循环展开、条件去耦合)来优化分支序列,减少因错误预测带来的性能惩罚。 4. 超标量执行与乱序执行: 阐明CPU如何同时发射多条指令,以及乱序执行(Out-of-Order Execution)如何通过重排序缓冲(Reorder Buffer, ROB)和保留站(Reservation Stations)来保持指令的正确性,同时最大化资源利用率。讨论内存屏障(Fences)在乱序环境下的必要性。 第三部分:内存系统——速度的鸿沟 处理器速度的飞速增长与主存(DRAM)速度的相对停滞,使得内存访问延迟成为现代系统最大的性能瓶颈。本部分致力于揭示内存层次结构的运作机制。 1. 层次化的存储: 详细分析寄存器、L1、L2、L3缓存(Cache)的结构、大小、延迟和替换策略(如LRU的近似实现)。重点讨论缓存行(Cache Line)的概念,以及数据对齐和局部性对性能的决定性影响。 2. 缓存一致性与局部性: 深入探讨时间局部性和空间局部性。分析数据如何在不同级别的缓存中移动。引入多核系统中的缓存一致性协议,特别是MESI(或其变体)协议的工作流程,以及写失效(Write Invalidation)和写回(Write-Back)策略如何影响跨核通信的效率。 3. 虚拟内存与地址翻译: 解析操作系统如何通过页表(Page Tables)将虚拟地址映射到物理地址。探讨TLB(Translation Lookaside Buffer)的作用及其对地址翻译延迟的影响。分析缺页中断(Page Fault)的开销,以及内存映射文件的读取过程。 4. 现代内存技术: 介绍DRAM内部的工作原理,包括Bank、Row Buffer的激活与关闭时序。探讨如何优化对大数据的访问模式,以最大化DRAM的带宽而不是延迟。 第四部分:操作系统与I/O系统 软件的执行环境由操作系统管理。本部分关注操作系统如何有效地管理共享资源(CPU时间、内存、设备)。 1. 进程与线程: 区分进程(隔离的地址空间)和线程(共享地址空间)的概念。深入研究上下文切换(Context Switch)的成本,包括寄存器保存、TLB失效和缓存污染的开销。 2. 调度机制的权衡: 分析不同的CPU调度算法(如时间片轮转、优先级继承、实时调度),及其对应用程序响应时间(Latency)和吞吐量(Throughput)的影响。探讨负载均衡(Load Balancing)在多核系统中的挑战。 3. 虚拟文件系统与块设备: 剖析文件I/O的抽象层。理解内核如何通过缓冲区缓存(Buffer Cache)来减少对慢速磁盘的访问。分析同步I/O与异步I/O(如`epoll`或`io_uring`)在处理高并发网络连接时的性能差异。 4. 中断与系统调用: 详细解析硬件中断如何打断CPU的正常执行流程,以及系统调用(System Call)的内核/用户模式切换开销。讨论延迟可接受的中断(Deferred Interrupts)策略。 第五部分:系统性能分析与调试工具 理论知识必须辅以实践验证。本部分教授如何使用行业标准工具来揭示系统中隐藏的性能陷阱。 1. 性能度量指标的正确选择: 区分并正确应用延迟、吞吐量、利用率、饱和度和正确性(Amdahl's Law)。强调“度量是优化的前提”。 2. 剖析工具的使用: 学习使用火焰图(Flame Graphs)和性能分析器(如Linux `perf`),精确识别程序热点。重点分析CPU采样(Sampling)和硬件性能计数器(Hardware Performance Counters)如何提供关于缓存未命中率(Cache Miss Rate)、分支预测错误和指令停顿时长的关键数据。 3. 追踪与事件记录: 掌握动态追踪技术(如DTrace或eBPF),以非侵入式的方式观察内核和用户空间函数间的精确耗时,用于诊断复杂的系统交互问题。 4. 调试内存访问模式: 如何通过工具分析程序的数据访问模式,识别导致缓存行伪共享(False Sharing)的代码段,并提供重构建议。 --- 本书的价值在于,它将软件开发置于一个坚实的物理和系统工程背景之下。阅读完本书,您将不再把系统的响应速度视为一个模糊的“黑箱”问题,而是能够基于对指令集、内存层次和操作系统调度的深刻理解,系统性地诊断和优化任何软件性能瓶颈。

作者简介

Brian Goetz is a software consultant with twenty years industry experience, with over 75 articles on Java development. He is one of the primary members of the Java Community Process JSR 166 Expert Group (Concurrency Utilities), and has served on numerous other JCP Expert Groups.

Tim Peierls is the very model of a modern multiprocessor, with BoxPop.biz, recording arts, and goings on theatrical. He is one of the primary members of the Java Community Process JSR 166 Expert Group (Concurrency Utilities), and has served on numerous other JCP Expert Groups.

Joshua Bloch is a principal engineer at Google and a Jolt Award-winner. He was previously a distinguished engineer at Sun Microsystems and a senior systems designer at Transarc. Josh led the design and implementation of numerous Java platform features, including JDK 5.0 language enhancements and the award-winning Java Collections Framework. He holds a Ph.D. in computer science from Carnegie Mellon University.

Joseph Bowbeer is a software architect at Vizrea Corporation where he specializes in mobile application development for the Java ME platform, but his fascination with concurrent programming began in his days at Apollo Computer. He served on the JCP Expert Group for JSR-166 (Concurrency Utilities).

David Holmes is director of DLTeCH Pty Ltd, located in Brisbane, Australia. He specializes in synchronization and concurrency and was a member of the JSR-166 expert group that developed the new concurrency utilities. He is also a contributor to the update of the Real-Time Specification for Java, and has spent the past few years working on an implementation of that specification.

Doug Lea is one of the foremost experts on object-oriented technology and software reuse. He has been doing collaborative research with Sun Labs for more than five years. Lea is Professor of Computer Science at SUNY Oswego, Co-director of the Software Engineering Lab at the New York Center for Advanced Technology in Computer Applications, and Adjunct Professor of Electrical and Computer Engineering at Syracuse University. In addition, he co-authored the book, Object-Oriented System Development (Addison-Wesley, 1993). He received his B.A., M.A., and Ph.D. from the University of New Hampshire.

目录信息

Listings xii
Preface xvii
Chapter 1: Introduction 1
1.1 A (very) brief history of concurrency 1
1.2 Benefits of threads 3
1.3 Risks of threads 5
1.4 Threads are everywhere 9
Part I: Fundamentals 13
Chapter 2: Thread Safety 15
2.1 What is thread safety? 17
2.2 Atomicity 19
2.3 Locking 23
2.4 Guarding state with locks 27
2.5 Liveness and performance 29
Chapter 3: Sharing Objects 33
3.1 Visibility 33
3.2 Publication and escape 39
3.3 Thread confinement 42
3.4 Immutability 46
3.5 Safepublication 49
Chapter 4: Composing Objects 55
4.1 Designing a thread-safe class 55
4.2 Instance confinement 58
4.3 Delegating thread safety 62
4.4 Adding functionality to existing thread-safe classes 71
4.5 Documenting synchronization policies 74
Chapter 5: Building Blocks 79
5.1 Synchronized collections 79
5.2 Concurrent collections 84
5.3 Blocking queues and the producer-consumer pattern 87
5.4 Blocking and interruptible methods 92
5.5 Synchronizers 94
5.6 Building an efficient, scalable result cache 101
Part II: Structuring Concurrent Applications 111
Chapter 6: Task Execution 113
6.1 Executing tasks in threads 113
6.2 The Executor framework 117
6.3 Finding exploitable parallelism 123
Chapter 7: Cancellation and Shutdown 135
7.1 Task cancellation 135
7.2 Stopping a thread-based service 150
7.3 Handling abnormal thread termination 161
7.4 JVM shutdown 164
Chapter 8: Applying Thread Pools 167
8.1 Implicit couplings between tasks and execution policies 167
8.2 Sizing thread pools 170
8.3 Configuring ThreadPoolExecutor 171
8.4 Extending ThreadPoolExecutor 179
8.5 Parallelizing recursive algorithms 181
Chapter 9: GUI Applications 189
9.1 Why are GUIs single-threaded? 189
9.2 Short-running GUI tasks 192
9.3 Long-running GUI tasks 195
9.4 Shared data models 198
9.5 Other forms of single-threaded subsystems 202
Part III: Liveness, Performance, and Testing 203
Chapter 10: Avoiding Liveness Hazards 205
10.1 Deadlock 205
10.2 Avoiding and diagnosing deadlocks 215
10.3 Other liveness hazards 218
Chapter 11: Performance and Scalability 221
11.1 Thinking about performance 221
11.2 Amdahl's law 225
11.3 Costs introduced by threads 229
11.4 Reducing lock contention 232
11.5 Example: Comparing Map performance 242
11.6 Reducing context switch overhead 243
Chapter 12: Testing Concurrent Programs 247
12.1 Testing for correctness 248
12.2 Testing for performance 260
12.3 Avoiding performance testing pitfalls 266
12.4 Complementary testing approaches 270
Part IV: Advanced Topics 275
Chapter 13: Explicit Locks 277
13.1 Lock and ReentrantLock 277
13.2 Performance considerations 282
13.3 Fairness 283
13.4 Choosing between synchronized and ReentrantLock 285
13.5 Read-write locks 286
Chapter 14: Building Custom Synchronizers 291
14.1 Managing state dependence 291
14.2 Using condition queues 298
14.3 Explicit condition objects 306
14.4 Anatomy of a synchronizer 308
14.5 AbstractQueuedSynchronizer 311
14.6 AQS in java.util.concurrent synchronizer classes 314
Chapter15: Atomic Variables and Nonblocking Synchronization 319
15.1 Disadvantages of locking 319
15.2 Hardware support for concurrency 321
15.3 Atomic variable classes 324
15.4 Nonblocking algorithms 329
Chapter 16: The Java Memory Model 337
16.1 What is a memory model, and why would I want one? 337
16.2 Publication 344
16.3 Initialization safety 349
Appendix A: Annotations for Concurrency 353
A.1 Class annotations 353
A.2 Field andmethod annotations 353
Bibliography 355
Index 359
· · · · · · (收起)

读后感

评分

终于读完,对于原著英文版来说,绝对是力荐的。看看作者列表,一个个响亮的名字,这本书的价值就不言而喻了。可贵的是书中不仅仅是详细介绍了jdk5引入的concurrent包的使用和基本原理,并且对线程安全性的设计、性能、死锁和可伸缩性的讨论也蕴含着丰富实践经验。中文版翻...  

评分

最近在写java服务器端的应用程序,碰到了不少多线程编程的问题。 乘着国庆假期好好的读了一下这本书, 解答了之前工作中说遇到的困惑。机械工业的这个中文版翻译的还可以,虽然译者名单长的有点恐怖,但是确实还没有发现太多的由于翻译导致的理解障碍,当然也可能是因为原著示...  

评分

当我第一次阅读易立推荐的《Java并发编程实践》的时候,这只是一本技术参考书,在众多介绍并发程序的书中因为其作者的大名而鹤立鸡群。然而其中对我们生活着这个并行的世界,进行了有趣而丰富的阐述,看似平淡无奇的现象里总是有着深刻而简洁的真理。  

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翻译质量不敢恭维,建议不好翻译的地方还是给原文好了;完全没有办法和原版比较,读完后,只能参照原本的一些英文去理解一些关键概念,痛苦呀; 可能翻译者已经完全理解书中的内容,但是翻译时的还要注意一些地方: 1.翻译内容不要假设背景知识 ---读者没有这些背景知识 2.不...  

评分

翻译太糟糕,有些地方甚至翻译成相反的意思,语言也很啰嗦,甚至不如Google翻译!!! 例如: 4.1 章节,原文如下: While it is possible to write a thread-safe program that stores all its state in public static fields, it is a lot harder to verify its thread sa...  

用户评价

评分

这是一部需要反复阅读才能真正消化的巨著。我第一次通读时,更多的是在“吸收知识点”,但接下来的几次翻阅,则是在“印证实践”。每当我遇到新的并发难题,比如在某个高负载服务中出现了间歇性的数据不一致,我都会习惯性地翻开它,往往能在其中找到对应的原理阐述和解决方案的雏形。书中的案例研究部分尤其精彩,它们不像教科书那样完美,而是充满了真实世界的妥协和限制,这使得它提供的建议极具操作性。阅读这本书,你会发现很多流行的并发框架和工具,其背后的设计理念都可以在这里找到源头。它教会我的最宝贵的一课是如何“防患于未然”,而不是事后诸葛亮。如果你期待一本能让你在周末轻松读完并掌握所有技巧的书,那请绕道。但如果你愿意投入时间和精力,去挖掘并发编程这座宝藏的最深处,那么,这本书就是你手中最可靠的镐和指南针。它带来的知识沉淀,是任何短期教程都无法比拟的。

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这本书简直是并发编程领域的“圣经”,我第一次捧起它的时候,就被那种严谨、深入的专业性给震慑住了。它不像市面上很多那种浮于表面的技术书籍,仅仅罗列API的使用方法,而是真正地剖析了并发设计的底层逻辑和陷阱。作者们显然是实战经验极其丰富的大师,他们没有满足于解释“如何做”,而是花费了大量的篇幅去解释“为什么必须这样做”,以及不这样做的后果是什么。比如,书中对JUC包中那些核心类的设计哲学解读,简直是拨云见日。我记得有一章详细讲了`ReentrantLock`与`synchronized`在特定场景下的性能权衡和语义差异,那种对内存模型和JVM规范的深刻理解,让我这个自认为对并发有所涉猎的开发者都感到汗颜。阅读过程需要极高的专注度,因为它不是用来快速浏览的,而是需要停下来思考、对照代码、甚至在脑海中模拟线程交错的。每当我感觉理解了某个概念时,作者总能抛出一个更深层次的陷阱或优化点来挑战我的认知。这本书是真正意义上的“实践指南”,它教会我的不是套路,而是构建健壮并发系统的思维框架。如果你想在多线程世界里站稳脚跟,这本书是绕不过去的。

评分

坦白讲,如果你的并发知识还停留在仅仅会用`Thread.start()`或者`Runnable`的初级阶段,这本书可能会让你感到挫败。它要求的读者具备一定的编程经验和对计算机底层原理的好奇心。它对各种“陷阱”的描述,常常让我有一种“原来我一直都错了”的顿悟感。比如,关于伪共享(False Sharing)的讨论,如果不读这本书,我可能永远不会意识到CPU缓存行对程序性能的影响竟然如此巨大,尤其是在高频交易或数据密集型应用中。作者们对待细节的痴迷程度令人敬佩,他们似乎把Java语言规范中关于并发的每一个角落都挖掘了个底朝天,然后用极其清晰的语言将其重构,呈现在读者面前。这本书的最大价值在于,它让你对“并行”和“并发”这两个词有了真正成熟的理解,不再是简单的代码堆砌,而是一种系统级的架构思考。它帮助我建立起一套评判任何并发方案优劣的客观标准,而不是人云亦云地追随最新的框架。

评分

说实话,这本书的阅读体验并不轻松,它更像是一次对思维的“高强度拉力训练”。我不是说它的文字晦涩难懂,而是它所涵盖的内容密度实在太高了。我经常需要一边对照官方文档和JDK源码,一边阅读,否则那些抽象的概念,比如原子性、可见性、有序性在没有具体代码支撑时,很容易在脑海中形成一团乱麻。作者对并发编程中的各种设计模式,如生产者-消费者模型、读写锁的定制化实现等,讲解得极其透彻,但同时,他们也毫不留情地揭示了这些模式在实际工程中可能遇到的性能瓶颈和死锁风险。这使得这本书的价值非常高,因为它不仅告诉你“最好的做法是什么”,更重要的是,它会告诉你“大多数人会犯的错误是什么,以及为什么那些错误如此隐蔽”。我尤其欣赏其中关于并发工具类的源码解析部分,那简直是一次对JUC作者思维模式的逆向工程学习。读完后,我对构建高性能、高可靠性的分布式服务系统有了全新的认识,感觉自己的代码审查能力都得到了质的飞跃,看一眼别人的并发代码,就能嗅到潜在的风险点。

评分

这本书的结构编排堪称教科书级别,逻辑层层递进,像一个精心设计的迷宫,每解开一个机关,都会通往更深、更精彩的领域。它并非一开始就抛出复杂的并发集合类,而是从最基础的内存模型和happens-before原则讲起,构建起坚实的理论基础。这种循序渐进的方式,极大地降低了理解并发编程的陡峭曲线。我特别喜欢作者在讲解每一个并发机制时,都会配上一个清晰的、足以说明问题的代码示例,这些例子往往非常精妙,用最少的代码量展示了最核心的问题所在。特别是关于线程池的调优和生命周期管理的章节,简直是救了我好几次命。过去我对线程池的参数设置总是凭感觉,读了这本书后,才明白每个参数背后都对应着特定的业务场景和资源约束。这本书的权威性毋庸置疑,它已经超越了一本普通的编程指南,更像是一份关于如何设计可扩展、可维护的并发系统的宣言。对于希望从“会写多线程”跨越到“会设计并发系统”的工程师来说,这是必不可少的案头工具书。

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看了一点点就没耐心了

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又是一本经典的书,同步并发讲得太好太详细了

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这大概是我近几年读后收获最大的一本书,不过中文版翻译的真是惨无人道、惨绝人寰!强烈建议看原版!

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又是一本经典的书,同步并发讲得太好太详细了

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cf. "Concurrency: State Models & Java Programs"

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