應(yīng)優(yōu)先使用 ThreadPoolExecutor 手動(dòng)配置線程池，選擇有界隊(duì)列、合適的拒絕策略并命名線程以避免 OOM 和便于排查問(wèn)題；2. 利用 CompletableFuture 實(shí)現(xiàn)異步任務(wù)的鏈?zhǔn)骄幣排c組合，通過(guò) thenCombine、allOf 等方法提升異步處理能力，并指定自定義線程池避免使用公共池；3. 使用 Phaser 替代 CountDownLatch 和 CyclicBarrier，因其支持動(dòng)態(tài)注冊(cè)、多階段同步和參與者注銷(xiāo)，適用于復(fù)雜同步場(chǎng)景；4. 在讀多寫(xiě)少場(chǎng)景中采用 ReentrantReadWriteLock 提升并發(fā)性能，注意讀寫(xiě)鎖的獲取與釋放順序；5. 對(duì)極度讀多寫(xiě)少場(chǎng)景推薦使用 StampedLock 的樂(lè)觀讀模式，通過(guò) tryOptimisticRead 和 validate 提升性能，但需注意其不可重入且不能與 synchronized 混用；6. 使用 ThreadLocal 實(shí)現(xiàn)線程本地存儲(chǔ)，適用于非線程安全對(duì)象的隔離和上下文傳遞，務(wù)必在使用后調(diào)用 remove() 防止內(nèi)存泄漏；7. 在高吞吐量場(chǎng)景如金融交易中采用 Disruptor 替代 BlockingQueue，基于環(huán)形緩沖區(qū)和無(wú)鎖設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)低延遲、高吞吐的事件處理，需定義事件、工廠和處理器并配置合適策略。這些模式需根據(jù)實(shí)際場(chǎng)景選擇使用，才能有效提升系統(tǒng)性能與穩(wěn)定性。

Java 的并發(fā)與多線程編程是構(gòu)建高性能、可擴(kuò)展應(yīng)用的關(guān)鍵。隨著現(xiàn)代應(yīng)用對(duì)響應(yīng)性、吞吐量和資源利用率的要求越來(lái)越高，掌握高級(jí)并發(fā)模式變得尤為重要。本文將深入探討幾種在實(shí)際開(kāi)發(fā)中非常有用的高級(jí) Java 并發(fā)與多線程模式，幫助你寫(xiě)出更健壯、高效的并發(fā)代碼。

1. 線程池的合理使用與定制（ThreadPoolExecutor 高級(jí)配置）

雖然 Executors 工具類(lèi)提供了便捷的線程池創(chuàng)建方式，但在生產(chǎn)環(huán)境中直接使用 newFixedThreadPool 或 newCachedThreadPool 容易引發(fā)問(wèn)題（如 OOM）。更推薦使用 ThreadPoolExecutor 手動(dòng)配置。

ThreadPoolExecutor executor = new ThreadPoolExecutor(
    5,                    // 核心線程數(shù)
    10,                   // 最大線程數(shù)
    60L,                  // 空閑線程存活時(shí)間
    TimeUnit.SECONDS,
    new LinkedBlockingQueue<>(100), // 任務(wù)隊(duì)列
    new CustomThreadFactory(),      // 線程工廠（可命名線程）
    new ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy() // 拒絕策略
);

關(guān)鍵點(diǎn)：

• 隊(duì)列選擇：ArrayBlockingQueue（有界）比 LinkedBlockingQueue（默認(rèn)無(wú)界）更安全。
• 拒絕策略：
  • AbortPolicy：拋異常（默認(rèn)）
  • CallerRunsPolicy：由提交任務(wù)的線程執(zhí)行（可防止雪崩）
• 線程命名：通過(guò) ThreadFactory 設(shè)置有意義的線程名，便于排查問(wèn)題。

2. CompletableFuture 實(shí)現(xiàn)異步編排

CompletableFuture 是 Java 8 引入的強(qiáng)大的異步編程工具，支持鏈?zhǔn)秸{(diào)用、組合多個(gè)異步任務(wù)。

CompletableFuture<String> future1 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
    // 模擬耗時(shí)操作
    sleep(1000);
    return "Result1";
});

CompletableFuture<String> future2 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
    sleep(800);
    return "Result2";
});

// 組合兩個(gè)任務(wù)
CompletableFuture<String> combined = future1.thenCombine(future2, (r1, r2) -> r1   "-"   r2);

combined.thenAccept(System.out::println).join();

常用方法：

• thenApply()：轉(zhuǎn)換結(jié)果
• thenCompose()：串行異步任務(wù)（flatMap 語(yǔ)義）
• allOf() / anyOf()：多個(gè)任務(wù)同步或任一完成
• 自定義線程池：避免使用 ForkJoinPool.commonPool()

CompletableFuture.supplyAsync(() -> compute(), executor);

3. 使用 Phaser 替代 CountDownLatch 和 CyclicBarrier

Phaser 是一個(gè)更靈活的同步工具，支持動(dòng)態(tài)注冊(cè)參與者、可重用、可分階段。

Phaser phaser = new Phaser();
phaser.register(); // 主線程也參與

for (int i = 0; i < 3; i  ) {
    phaser.register();
    new Thread(() -> {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()   " 開(kāi)始第一階段");
        phaser.arriveAndAwaitAdvance(); // 等待所有人到達(dá)

        System.out.println(Thread.currentThread().getName()   " 開(kāi)始第二階段");
        phaser.arriveAndAwaitAdvance();

        phaser.arriveAndDeregister(); // 完成并注銷(xiāo)
    }).start();
}

phaser.arriveAndDeregister(); // 主線程退出

優(yōu)勢(shì)：

• 動(dòng)態(tài)增減參與線程
• 支持多階段同步
• 可以監(jiān)聽(tīng)每個(gè)階段的開(kāi)始和結(jié)束（通過(guò) onAdvance()）

4. 使用 ReadWriteLock 優(yōu)化讀多寫(xiě)少場(chǎng)景

在高并發(fā)讀、低頻寫(xiě)的場(chǎng)景中，ReentrantReadWriteLock 能顯著提升性能。

public class Cache {
    private final Map<String, String> map = new HashMap<>();
    private final ReadWriteLock lock = new ReentrantReadWriteLock();
    private final Lock readLock = lock.readLock();
    private final Lock writeLock = lock.writeLock();

    public String get(String key) {
        readLock.lock();
        try {
            return map.get(key);
        } finally {
            readLock.unlock();
        }
    }

    public void put(String key, String value) {
        writeLock.lock();
        try {
            map.put(key, value);
        } finally {
            writeLock.unlock();
        }
    }
}

注意：

• 讀鎖不互斥，寫(xiě)鎖獨(dú)占
• 不可重入寫(xiě)鎖到讀鎖（會(huì)死鎖），需顯式釋放再獲取
• JDK 17 推薦考慮 StampedLock（樂(lè)觀讀）

5. StampedLock：高性能讀寫(xiě)鎖（樂(lè)觀鎖模式）

StampedLock 提供了三種模式：寫(xiě)鎖、悲觀讀鎖、樂(lè)觀讀鎖，適合極度讀多寫(xiě)少的場(chǎng)景。

public class Point {
    private double x, y;
    private final StampedLock sl = new StampedLock();

    public double distanceFromOrigin() {
        long stamp = sl.tryOptimisticRead(); // 樂(lè)觀讀
        double currentX = x, currentY = y;

        if (!sl.validate(stamp)) { // 檢查期間是否有寫(xiě)操作
            stamp = sl.readLock(); // 升級(jí)為悲觀讀
            try {
                currentX = x;
                currentY = y;
            } finally {
                sl.unlockRead(stamp);
            }
        }
        return Math.sqrt(currentX * currentX   currentY * currentY);
    }
}

優(yōu)點(diǎn)：

• 樂(lè)觀讀不阻塞寫(xiě)，性能極高
• 寫(xiě)操作優(yōu)先級(jí)高

缺點(diǎn)：

• 不可重入
• 不能與 synchronized 混用
• 鎖狀態(tài)通過(guò) long stamp 管理，需小心使用

6. 并發(fā)設(shè)計(jì)模式：Thread-Local Storage 與對(duì)象池

ThreadLocal 使用場(chǎng)景

private static final ThreadLocal<SimpleDateFormat> formatter = ThreadLocal.withInitial(
    () -> new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd")
);

public String formatDate(Date date) {
    return formatter.get().format(date);
}

適用于：

• 非線程安全工具類(lèi)的隔離（如 SimpleDateFormat）
• 上下文傳遞（如用戶身份、請(qǐng)求 ID）

注意內(nèi)存泄漏：

• ThreadLocal 的 Entry 是 WeakReference，但值仍可能泄漏
• 建議使用后調(diào)用 remove()

formatter.remove();

7. 使用 Disruptor 實(shí)現(xiàn)高性能事件隊(duì)列（替代 BlockingQueue）

在超高吞吐場(chǎng)景（如金融交易、日志系統(tǒng)），Disruptor 比 BlockingQueue 性能更好，基于環(huán)形緩沖區(qū)和無(wú)鎖設(shè)計(jì)。

基本使用步驟：

• 定義事件類(lèi)
• 創(chuàng)建事件工廠
• 定義事件處理器（EventHandler）
• 構(gòu)建 Disruptor 實(shí)例并啟動(dòng)

Disruptor<LongEvent> disruptor = new Disruptor<>(
    LongEvent::new,
    bufferSize,
    Executors.defaultThreadFactory(),
    ProducerType.MULTI,
    new BlockingWaitStrategy()
);

優(yōu)勢(shì)：

• 無(wú)鎖生產(chǎn)者/消費(fèi)者
• 高吞吐、低延遲
• 預(yù)分配對(duì)象，減少 GC

基本上就這些。這些高級(jí)并發(fā)模式在實(shí)際項(xiàng)目中能顯著提升系統(tǒng)的穩(wěn)定性與性能。關(guān)鍵不是堆砌技術(shù)，而是根據(jù)場(chǎng)景選擇合適的工具：

• 一般異步用 CompletableFuture
• 高并發(fā)讀用 StampedLock
• 多階段同步用 Phaser
• 高吞吐隊(duì)列考慮 Disruptor

不復(fù)雜，但容易忽略細(xì)節(jié)。

以上是高級(jí)Java并發(fā)和多線程模式的詳細(xì)內(nèi)容。更多信息請(qǐng)關(guān)注PHP中文網(wǎng)其他相關(guān)文章！