1. 并发编程与任务调度导论

在开始写第一行并发代码之前，我们需要先把三个问题讲清楚：并发和并行到底差在哪里，任务调度在系统里扮演什么角色，以及这门课最终要交付一个什么样的项目。这三个问题决定了后面 29 章的技术选型和代码组织方式，如果一开始理解偏了，后面很容易写出"看起来能跑、实际上不可控"的程序。

一、并发与并行：不是同义词

并发（Concurrency）和并行（Parallelism）经常被混用，但它们的关注点完全不同。并发描述的是任务在时间上重叠推进的能力，它关心的是"多个任务如何被组织和切换"；并行描述的是任务在同一时刻真正同时执行，它关心的是"有多少物理执行单元在干活"。

一个直观的判断方法：单核 CPU 上可以写出并发程序，但写不出并行程序。单核通过时间片轮转，让任务 A 执行一小段、切到任务 B、再切回来，宏观上像是"同时"在跑，但任意时刻只有一个任务占用 CPU。这就是并发。而并行必须有多核、多处理器或多台机器作为物理基础。

从工程角度看，两者带来的问题也不同。并发主要带来正确性问题：共享状态被交错修改导致数据竞争、死锁、活锁、可见性问题。并行主要带来效率与扩展性问题：任务划分是否均衡、加速比是否随核数增长、是否存在串行瓶颈。理解这个区分，能帮我们在排障时快速定位方向——程序结果偶尔出错，多半是并发正确性问题；程序结果正确但跑不快，多半是并行效率问题。

还有一个常被忽略的概念是异步。异步强调的是"发起操作后不阻塞等待结果，而是通过回调、Future 或事件通知来获取结果"，它和并发、并行是三个不同维度的概念。一个异步程序可以是单线程的（如事件循环），也可以是并发的，甚至可以在多线程上并行执行。

二、任务调度在系统中做什么

任务调度是连接"任务"和"执行资源"的中间层。它要回答四个问题：谁来做（选择哪个线程、进程或节点）、什么时候做（立即、延迟、定时、按依赖触发）、按什么顺序做（优先级、FIFO、公平调度）、做不完怎么办（排队、拒绝、重试、降级）。

调度器存在于系统的多个层次。操作系统层面有 CPU 调度器，决定哪个线程占用处理器；语言运行时层面有线程池和协程调度器，决定任务分配到哪个工作线程；应用框架层面有任务队列和分布式调度器，决定任务在集群中的分发。我们这门课主要关注后两层，也就是应用级任务调度。

调度策略的选择直接影响系统行为。以线程池为例，当核心线程数已满、队列已满、最大线程数也已满时，拒绝策略就会生效。常见的四种策略——直接抛异常、由调用者线程执行、丢弃最旧任务、静默丢弃——适用于完全不同的业务场景。如果选错了，轻则任务丢失，重则整个服务被拖垮。这就是为什么调度不能只当成"配置几个参数"，而需要理解其背后的模型。

三、课程项目总览

本课程围绕一个贯穿始终的项目展开：构建一个可观测、可扩展的分布式任务调度引擎。它不是玩具 demo，而是包含真实工程要素的完整系统。项目分为五个递进阶段：

• 阶段一：并发基础与线程模型。实现线程池、任务队列、拒绝策略，理解线程生命周期与状态转换。
• 阶段二：同步与协作。用锁、信号量、条件变量、原子类解决共享状态问题，并实现生产者-消费者模型。
• 阶段三：异步与 Future 编排。实现任务提交、结果获取、超时控制、任务组合（串行、并行、聚合）。
• 阶段四：调度策略与 DAG 依赖。实现优先级调度、延迟调度、基于有向无环图的任务依赖触发。
• 阶段五：分布式扩展与可观测性。加入任务分发、心跳检测、故障转移，并暴露指标用于监控。

每个阶段都会产出一个可运行的模块，最终组合成完整引擎。这样安排的好处是：每学一个知识点，都能立刻在项目里找到落点，而不是学完一堆 API 却不知道怎么用。

四、技术栈选型

技术栈的选择遵循三个原则：能直接暴露并发细节、生态成熟便于排障、贴近工业实践。基于这三点，本课程选用以下技术栈：

五、一个最小可运行示例

在进入正式项目之前，先用一段代码建立直觉。下面创建一个固定大小为 2 的线程池，提交 5 个任务，观察它们的执行顺序：

import java.util.concurrent.*;

public class FirstPool {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        ExecutorService pool = Executors.newFixedThreadPool(2);
        for (int i = 1; i <= 5; i++) {
            final int id = i;
            pool.submit(() -> {
                System.out.printf("任务%d 由 %s 执行%n",
                        id, Thread.currentThread().getName());
                try { Thread.sleep(200); } catch (InterruptedException e) {}
            });
        }
        pool.shutdown();
        pool.awaitTermination(5, TimeUnit.SECONDS);
    }
}

运行后你会看到类似输出（线程名可能不同）：

任务1 由 pool-1-thread-1 执行
任务2 由 pool-1-thread-2 执行
任务3 由 pool-1-thread-1 执行
任务4 由 pool-1-thread-2 执行
任务5 由 pool-1-thread-1 执行

这里有几个值得注意的现象。第一，只有两个线程名反复出现，说明线程被复用了，这正是线程池存在的意义——避免频繁创建销毁线程的开销。第二，任务 3 在任务 1 之后由同一个线程执行，说明任务在队列中排队等待。第三，输出顺序不保证与提交顺序完全一致，因为两个线程是并发取任务的。这个"顺序不确定"就是并发编程最典型的特征，也是后面所有同步机制要解决的问题。

六、本章小结与学习路径

本章建立了三个核心认知：并发是任务重叠推进的能力，并行是物理同时执行，异步是不阻塞等待结果；调度层负责把任务映射到执行资源，决定谁做、何时做、什么顺序、失败怎么办；本课程将用 Java 17 + JUC 构建一个五阶段递进的分布式任务调度引擎。

接下来的学习路径是：先掌握线程与线程池（第 2-5 章），再深入锁与同步（第 6-10 章），然后进入异步编排（第 11-15 章），接着实现调度策略与 DAG（第 16-22 章），最后完成分布式扩展与可观测性（第 23-30 章）。每一章都会在项目里留下可运行的代码，建议边学边敲，不要只看不练。