多核心 CPU 加速程式 32倍 - 深入高平行開發深度原理及專案實戰, 2/e

冰河

互聯網資深技術專家、MySQL 技術專家、分散式與微服務架構專家。 多年來一直致力於分散式系統架構、微服務、分散式資料庫、分散式事務與大數據技術的研究，在高併發、高可用、高可擴充性、高可維護性和大數據等領域擁有豐富的架構經驗。 可視化多數據源數據異構中間件 mykit-data 作者，暢銷書《深入理解分散式事務：原理與實戰》《海量數據處理與大數據技術實戰》和《MySQL 技術大全：開發、優化與運維實戰》作者，“冰河技術”微信公眾號作者。

第1篇 基礎知識

01 作業系統執行緒排程

▌1.1 馮· 諾依曼系統結構

1.1.1 概述

1.1.2 電腦五大組成部分

▌1.2 CPU 架構

1.2.1 CPU 的組成部分

1.2.2 CPU 邏輯結構

1.2.3 單核心CPU 的不足

1.2.4 多核心CPU 架構

1.2.5 多CPU 架構

▌1.3 作業系統執行緒

1.3.1 使用者級執行緒

1.3.2 核心級執行緒

1.3.3 混合級執行緒

▌1.4 Java 執行緒與作業系統執行緒的關係

▌1.5 本章複習

 

02 並行程式設計概述

▌2.1 並行程式設計的基本概念

2.1.1 程式

2.1.2 處理程序與執行緒

2.1.3 執行緒組

2.1.4 使用者執行緒與守護執行緒

2.1.5 並行與並行

2.1.6 同步與非同步

2.1.7 共享與獨享

2.1.8 臨界區

2.1.9 阻塞與非阻塞

▌2.2 並行程式設計的風險

2.2.1 安全性問題

2.2.2 活躍性問題

2.2.3 性能問題

▌2.3 並行程式設計中的鎖

2.3.1 悲觀鎖與樂觀鎖

2.3.2 公平鎖與非公平鎖

2.3.3 獨佔鎖與共享鎖

2.3.4 可重入鎖與不可重入鎖

2.3.5 可中斷鎖與不可中斷鎖

2.3.6 讀/ 寫鎖

2.3.7 自旋鎖

2.3.8 鎖死、饑餓與活鎖

▌2.4 本章複習

 

第2篇 核心原理

03 並行程式設計的三大核心問題

▌3.1 分工問題

3.1.1 模擬現實案例

3.1.2 並行程式設計中的分工

▌3.2 同步問題

3.2.1 模擬現實案例

3.2.2 並行程式設計中的同步

▌3.3 互斥問題

3.3.1 模擬現實案例

3.3.2 並行程式設計中的互斥

▌3.4 本章複習

 

04 並行程式設計的本質問題

▌4.1 電腦的核心矛盾

4.1.1 核心矛盾概述

4.1.2 CPU 如何解決核心矛盾

4.1.3 作業系統如何解決核心矛盾

4.1.4 編譯器如何解決核心矛盾

4.1.5 引發的問題

▌4.2 原子性

4.2.1 原子性概述

4.2.2 原子性問題

4.2.3 Java 中的原子性問題

4.2.4 原子性問題複習

▌4.3 可見性

4.3.1 可見性概述

4.3.2 可見性問題

4.3.3 Java 中的可見性問題

4.3.4 可見性問題複習

▌4.4 有序性

4.4.1 有序性概述

4.4.2 有序性問題

4.4.3 Java 中的有序性問題

4.4.4 有序性問題複習

▌4.5 解決方案

4.5.1 原子性問題解決方案

4.5.2 可見性與有序性問題解決方案

▌4.6 本章複習

 

05 原子性的核心原理

▌5.1 原子性原理

▌5.2 處理器保證原子性

5.2.1 CPU 保證基本記憶體操作的原子性

5.2.2 匯流排鎖保證原子性

5.2.3 快取鎖保證原子性

▌5.3 互斥鎖保證原子性

5.3.1 互斥鎖模型

5.3.2 最佳化後的互斥鎖模型

▌5.4 CAS 保證原子性

▌5.5 本章複習

 

06 可見性與有序性核心原理

▌6.1 CPU 多級快取架構

6.1.1 CPU 為何使用多級快取架構

6.1.2 CPU 多級快取架構原理

6.1.3 CPU 的計算流程

▌6.2 快取一致性

6.2.1 什麼是快取一致性

6.2.2 快取一致性協定

6.2.3 MESI 協定快取狀態

6.2.4 MESI 協定的狀態轉換

6.2.5 MESI 協定帶來的問題

▌6.3 錯誤分享

6.3.1 錯誤分享的概念

6.3.2 錯誤分享產生的場景

6.3.3 如何解決錯誤分享問題

▌6.4 volatile 核心原理

6.4.1 保證可見性核心原理

6.4.2 保證有序性核心原理

6.4.3 volatile 的局限性

▌6.5 記憶體屏障

6.5.1 編譯器重排序

6.5.2 CPU 重排序

6.5.3 as-if-serial 原則

6.5.4 電腦硬體實現的記憶體屏障

▌6.6 Java 記憶體模型

6.6.1 Java 記憶體模型的概念

6.6.2 Java 記憶體模型的八大操作

6.6.3 Java 記憶體模型解決可見性與有序性問題

▌6.7 Happens-Before 原則

6.7.1 Happens-Before 原則概述

6.7.2 程式次序原則

6.7.3 volatile 變數原則

6.7.4 傳遞原則

6.7.5 鎖定原則

6.7.6 執行緒啟動原則

6.7.7 執行緒終結原則

6.7.8 執行緒中斷原則

6.7.9 物件終結原則

▌6.8 本章複習

 

07 synchronized 核心原理

▌7.1 synchronized 用法

7.1.1 同步實例方法

7.1.2 同步靜態方法

7.1.3 同步程式區塊

▌7.2 Java 物件結構

7.2.1 物件結構總覽

7.2.2 物件標頭

7.2.3 實例資料

7.2.4 對齊填充

▌7.3 Java 物件標頭

7.3.1 Mark Word

7.3.2 類型指標

7.3.3 陣列長度

▌7.4 使用JOL 查看物件資訊

7.4.1 引入JOL 環境依賴

7.4.2 列印物件資訊

7.4.3 列印物件鎖狀態

▌7.5 synchronized 核心原理

7.5.1 synchronized 底層原理

7.5.2 Monitor 鎖原理

7.5.3 反編譯synchronized方法

7.5.4 反編譯synchronized程式區塊

▌7.6 偏向鎖

7.6.1 偏向鎖核心原理

7.6.2 偏向鎖的撤銷

7.6.3 偏向鎖案例

▌7.7 輕量級鎖

7.7.1 輕量級鎖核心原理

7.7.2 輕量級鎖案例

▌7.8 重量級鎖

7.8.1 重量級鎖核心原理

7.8.2 重量級鎖案例

▌7.9 鎖升級的過程

▌7.10 鎖消除

▌7.11 本章複習

 

08 AQS 核心原理

▌8.1 AQS 核心資料結構

8.1.1 AQS 資料結構原理

8.1.2 AQS 內部佇列模式

▌8.2 AQS 底層鎖的支援

8.2.1 核心狀態位元

8.2.2 核心節點類別

8.2.3 獨佔鎖模式

8.2.4 共享鎖模式

▌8.3 本章複習

 

09 Lock 鎖核心原理

▌9.1 顯示鎖

▌9.2 公平鎖與非公平鎖

9.2.1 公平鎖原理

9.2.2 ReentrantLock 中的公平鎖

9.2.3 公平鎖實戰

9.2.4 非公平鎖原理

9.2.5 ReentrantLock 中的非公平鎖

9.2.6 非公平鎖實戰

▌9.3 悲觀鎖與樂觀鎖

9.3.1 悲觀鎖原理

9.3.2 悲觀鎖實戰

9.3.3 樂觀鎖原理

9.3.4 樂觀鎖實戰

▌9.4 可中斷鎖與不可中斷鎖

9.4.1 可中斷鎖原理

9.4.2 可中斷鎖實戰

9.4.3 不可中斷鎖原理

9.4.4 不可中斷鎖實戰

▌9.5 排他鎖與共享鎖

9.5.1 排他鎖原理

9.5.2 排他鎖實戰

9.5.3 共享鎖原理

9.5.4 共享鎖實戰

▌9.6 可重入鎖

9.6.1 可重入鎖原理

9.6.2 可重入鎖實戰

▌9.7 讀/ 寫鎖

9.7.1 讀/ 寫鎖原理

9.7.2 ReadWriteLock 讀/寫鎖

9.7.3 ReadWriteLock 鎖降級

9.7.4 StampedLock 讀/寫鎖

9.7.5 StampedLock 鎖的升級與降級

9.7.6 讀/ 寫鎖實戰

▌9.8 LockSupport

9.8.1 LockSupport 原理

9.8.2 LockSupport 實戰

▌9.9 本章複習

 

10 CAS 核心原理

▌10.1 CAS 的基本概念

▌10.2 CAS 的核心類別Unsafe

10.2.1 Unsafe 類別的核心方法

10.2.2 Unsafe 類別實戰

▌10.3 使用CAS 實現count++

10.3.1 案例分析

10.3.2 程式實現

10.3.3 測試程式

▌10.4 ABA 問題

10.4.1 ABA 問題概述

10.4.2 ABA 問題解決方案

10.4.3 Java 如何解決ABA問題

▌10.5 本章複習

 

11 鎖死的核心原理

▌11.1 鎖死的基本概念

▌11.2 鎖死的分析

11.2.1 執行緒不安全

11.2.2 串列執行

11.2.3 發生鎖死

▌11.3 形成鎖死的必要條件

▌11.4 鎖死的預防

▌11.5 本章複習

 

12 鎖最佳化

▌12.1 縮小鎖的範圍

▌12.2 減小鎖的細微性

▌12.3 鎖分離

▌12.4 鎖分段

▌12.5 鎖粗化

▌12.6 避免熱點區域問題

▌12.7 獨佔鎖的替換方案

▌12.8 其他最佳化方案

▌12.9 本章複習

 

13 執行緒池核心原理

▌13.1 執行緒池的核心狀態

13.1.1 核心狀態說明

13.1.2 核心狀態的流轉過程

▌13.2 執行緒池的建立方式

13.2.1 透過Executors 類別建立執行緒池

13.2.2 透過ThreadPoolExecutor類別建立執行緒池

13.2.3 透過ForkJoinPool類別建立執行緒池

13.2.4 透過ScheduledThreadPoolExecutor 類別建立執行緒池

▌13.3 執行緒池執行任務的核心流程

13.3.1 執行任務的流程

13.3.2 拒絕策略

▌13.4 執行緒池的關閉方式

13.4.1 shutdown() 方法

13.4.2 shutdownNow() 方法

▌13.5 如何確定最佳執行緒數

13.5.1 CPU 密集型程式

13.5.2 I/O 密集型程式

▌13.6 本章複習

 

14 ThreadLocal 核心原理

▌14.1 ThreadLocal 的基本概念

▌14.2 ThreadLocal 的使用案例

▌14.3 ThreadLocal 的核心原理

14.3.1 Thread 類別原始程式

14.3.2 set() 方法

14.3.3 get() 方法

14.3.4 remove() 方法

▌14.4 ThreadLocal 變數的不繼承性

▌14.5 InheritableThreadLocal 的使用案例

▌14.6 InheritableThreadLocal 的核心原理

▌14.7 本章複習

 

第3篇 實戰案例

15 手動開發執行緒池實戰

▌15.1 案例概述

▌15.2 專案架設

▌15.3 核心類別實現

15.3.1 定義核心欄位

15.3.2 建立內部類別WorkThread

15.3.3 建立執行緒池的建構方法

15.3.4 建立執行任務的方法

15.3.5 建立關閉執行緒池的方法

15.3.6 完整原始程式碼範例

▌15.4 測試程式

▌15.5 本章複習

 

16 基於CAS 實現自旋鎖實戰

▌16.1 案例概述

▌16.2 專案架設

▌16.3 核心類別實現

16.3.1 CasLock 介面實現

16.3.2 MyCasLock 類別實現

▌16.4 測試程式

▌16.5 本章複習

 

17 基於讀/ 寫鎖實現快取實戰

▌17.1 案例概述

▌17.2 專案架設

▌17.3 核心類別實現

17.3.1 ReadWriteCache<K, V>核心介面的實現

17.3.2 ConcurrentReadWriteCache<K, V> 核心類別的實現

▌17.4 測試程式

▌17.5 本章複習

 

18 基於AQS 實現可重入鎖實戰

▌18.1 案例概述

▌18.2 專案架設

▌18.3 核心類別實現

18.3.1 AQSSync 內部類別的實現

18.3.2 ReentrantAQSLock 核心類別的實現

18.3.3 完整原始程式碼

▌18.4 測試程式

▌18.5 本章複習

 

第4篇 系統架構

19 深度解密分散式鎖架構

▌19.1 鎖解決的本質問題

▌19.2 電子商務超賣問題

19.2.1 超賣問題概述

19.2.2 超賣問題案例

▌19.3 JVM 提供的鎖

19.3.1 JVM 鎖的原理

19.3.2 JVM 鎖的不足

▌19.4 分散式鎖

19.4.1 分散式鎖的實現方法

19.4.2 分散式鎖的基本要求

▌19.5 CAP 理論與分散式鎖模型

19.5.1 CAP 理論

19.5.2 基於Redis 的AP 架構模型

19.5.3 基於Zookeeper 的CP架構模型

19.5.4 AP 架構模型的問題與解決方案

▌19.6 基於Redis 實現分散式鎖

19.6.1 Redis 命令分析

19.6.2 引入分散式鎖

19.6.3 引入try-finally 程式區塊

19.6.4 引入Redis 逾時機制

19.6.5 加鎖操作原子化

19.6.6 誤刪鎖分析

19.6.7 實現加鎖和解鎖歸一化

19.6.8 可重入性分析

19.6.9 解決可重入性問題

19.6.10 實現鎖的阻塞性

19.6.11 解決鎖故障問題

19.6.12 解鎖操作原子化

▌19.7 本章複習

 

20 深度解密秒殺系統架構

▌20.1 電子商務系統架構

▌20.2 秒殺系統的特點

20.2.1 秒殺系統的業務特點

20.2.2 秒殺系統的技術特點

▌20.3 秒殺系統的方案

20.3.1 秒殺系統的三個階段

20.3.2 秒殺系統的性能最佳化

▌20.4 秒殺系統設計

20.4.1 同步下單流程

20.4.2 非同步下單流程

▌20.5 扣減庫存設計

20.5.1 下單減庫存

20.5.2 付款減庫存

20.5.3 預扣減庫存

20.5.4 扣減庫存問題的解決方案

20.5.5 秒殺系統扣減庫存方案

▌20.6 Redis 助力秒殺系統

20.6.1 Redis 實現扣減庫存

20.6.2 完美解決超賣問題

20.6.3 Redis 分割庫存

20.6.4 快取穿透技術

▌20.7 伺服器性能最佳化

20.7.1 作業系統參數

20.7.2 最佳化通訊端緩衝區

20.7.3 最佳化頻繁接收大檔案

20.7.4 最佳化TCP 連接

▌20.8 本章複習