文档介绍：JVM 并发性: Java 和 Scala 并发性基础
处理器速度数十年来一直持续快速发展,并在世纪交替之际走到了终点。从那时起,处理器制造商更多地是通过增加核心来提高芯片性能,而不再通过增加时钟速率来提高芯片性能。多核系统现在成为了从手机到企业服务器等所有设备的标准,而这种趋势可能继续并有所加速。开发人员越来越需要在他们的应用程序代码中支持多个核心,这样才能满足性能需求。
在本系列文章中,您将了解一些针对 Java 和 Scala 语言的并发编程的新方法,包括 Java 如何将 Scala 和其他基于 JVM 的语言中已经探索出来的理念结合在一起。第一期文章将介绍一些背景,通过介绍 Java 7 和 Scala 的一些最新技术,帮助了解 JVM 上的并发编程的全景。您将了解如何使用 Java ExecutorService 和 ForkJoinPool 类来简化并发编程。还将了解一些将并发编程选项扩展到纯 Java 中的已有功能之外的基本 Scala 特性。在此过程中,您会看到不同的方法对并发编程性能有何影响。后续几期文章将会介绍 Java 8 中的并发性改进和一些扩展,包括用于执行可扩展的 Java 和 Scala 编程的 Akka 工具包。
Java 并发性支持
在 Java 平台诞生之初,并发性支持就是它的一个特性,线程和同步的实现为它提供了超越其他竞争语言的优势。Scala 基于 Java 并在 JVM 上运行,能够直接访问所有 Java 运行时(包括所有并发性支持)。所以在分析 Scala 特性之前,我首先会快速回顾一下 Java 语言已经提供的功能。
Java 线程基础
在 Java 编程过程中创建和使用线程非常容易。它们由  类表示,线程要执行的代码为  实例的形式。如果需要的话,可以在应用程序中创建大量线程,您甚至可以创建数千个线程。在有多个核心时,JVM 使用它们来并发执行多个线程;超出核心数量的线程会共享这些核心。
Java 5:并发性的转折点
Java 从一开始就包含对线程和同步的支持。但在线程间共享数据的最初规范不够完善,这带来了 Java 5 的 Java 语言更新中的重大变化(JSR-133)。Java Language Specification for Java 5 更正并规范化了 synchronized和 volatile 操作。该规范还规定不变的对象如何使用多线程。(基本上讲,只要在执行构造函数时不允许引用“转义”,不变的对象始终是线程安全的。)以前,线程间的交互通常需要使用阻塞的 
synchronized 操作。这些更改支持使用 volatile 在线程间执行非阻塞协调。因此,在 Java 5 中添加了新的并发集合类来支持非阻塞操作—这与早期仅支持阻塞的线程安全方法相比是一项重大改进。
线程操作的协调难以让人理解。只要从程序的角度让所有内容保持一致,Java 编译器和 JVM 就不会对您代码中的操作重新排序,这使得问题变得更加复杂。例如:如果两个相加操作使用了不同的变量,编译器或 JVM 可以安装与指定的顺序相反的顺序执行这些操作,只要程序不在两个操作都完成之前使用两个变量的总数。这种重新排序操作的灵活性有助于提高 Java 性能,但一致性只被允许应用在单个线程中。硬件也有可能带来线程问题。现代系统使用了多种缓存内存级别,一般来讲,不是系统中的所有核心都能同样看到这些缓存。当某个核心修改内存中的一个值时,其他核心可能不会立即看到此更改。
由于这些问题,在一个线程使用另一个线程修改的数据时,您必须显式地控制线程交互方式。Java 使用了特殊的操作来提供这种控制,在不同线程看到的数据视图中建立顺序。基本操作是,线程使用 synchronized 关键字来访问一个对象。当某个线程在一个对象上保持同步时,该线程将会获得此对象所独有的一个锁的独占访问。如果另一个线程已持有该锁,等待获取该锁的线程必须等待,或者被阻塞,直到该锁被释放。当该线程在一个synchronized 代码块内恢复执行时,Java 会保证该线程可以“看到了”以前持有同一个锁的其他线程写入的所有数据,但只是这些线程通过离开自己的 synchronized 锁来释放该锁之前写入的数据。这种保证既适用于编译器或 JVM 所执行的操作的重新排序,也适用于硬件内存缓存。一个 synchronized 块的内部是您代码中的一个稳定性孤岛,其中的线程可依次安全地执行、交互和共享信息。
在变量上对 volatile 关键字的使用,为线程间的安全交互提供了一种稍微较弱的形式。synchronized 关键字可确保在您获取该锁时可以看到其他线程的存储,而