锁

1.Semaphore 信号量：

  与Lock不同的是，Semaphore 可以允许多个线程访问一个临界区。

1.1.下面我们再来分析一下，信号量是如何保证互斥的。

  假设两个线程 T1 和 T2 同时访问 addOne() 方法，当它们同时调用 acquire() 的时候，由于 acquire() 是一个原子操作，

  所以只能有一个线程（假设 T1）把信号量里的计数器减为 0，另外一个线程（T2）则是将计数器减为 -1。

  对于线程 T1，信号量里面的计数器的值是 0，大于等于 0，所以线程 T1 会继续执行；

  对于线程 T2，信号量里面的计数器的值是 -1，小于 0，按照信号量模型里对 down() 操作的描述，线程 T2 将被阻塞。所以此时只有线程 T1 会进入临界区执行

1.2.当线程 T1 执行 release() 操作，也就是 up() 操作的时候，信号量里计数器的值是 -1，加 1 之后的值是 0，小于等于 0，按照信号量模型里对 up() 操作的描述，此时等待队列中的 T2 将会被唤醒。于是 T2 在 T1 执行完临界区代码之后才获得了进入临界区执行的机会，从而保证了互斥性。 

2.ReadWriteLock读写锁： 读写锁与互斥锁的区别在于，读写锁允许多个线程同时读共享变量。

2.1：允许多个线程同时读一个共享变量

2.2：只允许一个线程写共享变量

2.3：如果一个写线程正在执行写操作，此时禁止读线程读取共享变量

(01) ReentrantReadWriteLock实现了ReadWriteLock接口。ReadWriteLock是一个读写锁的接口，提供了"获取读锁的readLock()函数" 和 "获取写锁的writeLock()函数"。

(02) ReentrantReadWriteLock中包含：sync对象，读锁readerLock和写锁writerLock。读锁ReadLock和写锁WriteLock都实现了Lock接口。读锁ReadLock和写锁WriteLock中也都分别包含了"Sync对象"，它们的Sync对象和ReentrantReadWriteLock的Sync对象 是一样的，就是通过sync，读锁和写锁实现了对同一个对象的访问。

(03) 和"ReentrantLock"一样，sync是Sync类型；而且，Sync也是一个继承于AQS的抽象类。Sync也包括"公平锁"FairSync和"非公平锁"NonfairSync。sync对象是"FairSync"和"NonfairSync"中的一个，默认是"NonfairSync"。

读写锁类似于ReentrantLock可重入锁，也支持公平模式和非公平模式。只有写锁支持条件变量，读锁不支持条件变量。（写锁支撑锁降级）。

3.StampedLock： 支持写锁、悲观读锁、乐观读（无锁）

  相同： 写锁、悲观读锁的语义和ReadWriteLock的写锁、读锁类似，允许多个线程同时获取悲观读锁，但是只允许一个线程获取写锁，写锁和悲观读锁是互斥的。

  不同： StampedLock里的写锁和悲观读锁加锁成功之后会返回一个stamp，解锁的时候会传入stamp。不可重入，悲观读锁和写锁不支持条件变量

  StampedLock 的性能之所以比 ReadWriteLock 还要好，其关键是 StampedLock 支持乐观读的方式。ReadWriteLock 支持多个线程同时读，但是当多个线程同时读的时候，所有的写操作会被阻塞；而 StampedLock 提供的乐观读（无锁），是允许一个线程获取写锁的，也就是说不是所有的写操作都被阻塞。

  还有一点需要特别注意：

    如果线程阻塞在 StampedLock 的 readLock() 或者 writeLock() 上时，此时调用该阻塞线程的 interrupt() 方法，会导致 CPU 飙升。可使用可中断的读写锁。

同步锁synchronized：(CAS、偏向锁)

  java的内置锁：每个java对象都可以用做一个实现同步的锁，这些锁称为内置锁。线程进入同步代码块或方法的时候会自动获得该锁，在退出同步代码块或方法时会释放该锁。获得内置锁的唯一途径就是进入这个锁的保护的同步代码块或方法。

  java内置锁是一个互斥锁，这就是意味着最多只有一个线程能够获得该锁，当线程A尝试去获得线程B持有的内置锁时，线程A必须等待或者阻塞，直到线程B释放这个锁，如果B线程不释放这个锁，那么A线程将永远等待下去。（目的：只有一个线程可执行）

  偏向锁：偏向锁假定将来只有第一个申请锁的线程会使用锁（不会有任何线程再来申请锁），因此只需要在Mark Word中CAS记录owner（本质上也是更新，但初始值为空），如果记录成功，则偏向锁获取成功，记录锁状态为偏向锁，以后当前线程等于owner就可以零成本的直接获得锁；否则，说明有其他线程竞争，膨胀为轻量级锁。

CAS：Atomic原子类

  CAS的含义

    CAS是compare and swap的缩写，即我们所说的比较交换。cas是一种基于锁的操作，而且是乐观锁。

    在java中锁分为乐观锁和悲观锁。悲观锁是将资源锁住，等一个之前获得锁的线程释放锁之后，下一个线程才可以访问。而乐观锁采取了一种宽泛的态度，通过某种方式不加锁来处理资源，比如通过给记录加version来获取数据，性能较悲观锁有很大的提高。

    CAS 操作包含三个操作数 —— 内存位置（V）、预期原值（A）和新值(B)。

    如果内存地址里面的值和A的值是一样的，那么就将内存里面的值更新成B。CAS是通过无限循环来获取数据的，如果在第一轮循环中，a线程获取地址里面的值被b线程修改了，那么a线程需要自旋，到下次循环才有可能机会执行。

  CAS的问题

    1..CAS容易造成ABA问题。一个线程a将数值改成了b，接着又改成了a，此时CAS认为是没有变化，其实是已经变化过了，而这个问题的解决方案可以使用版本号标识，每操作一次version加1。在java5中，已经提供了AtomicStampedReference来解决问题。

    2.CAS造成CPU利用率增加。之前说过了CAS里面是一个循环判断的过程，如果线程一直没有获取到状态，cpu资源会一直被占用。

Lock和synchronized区别：

  1.首先synchronized是java内置关键字，在jvm层面，Lock是个java接口；

  2.synchronized无法判断是否获取锁的状态，Lock可以判断是否获取到锁；

  3.synchronized会自动释放锁(a 线程执行完同步代码会释放锁 ；b 线程执行过程中发生异常会释放锁)，Lock需在finally中手工释放锁（unlock()方法释放锁），否则容易造成线程死锁；

  4.用synchronized关键字的两个线程1和线程2，如果当前线程1获得锁，线程2线程等待。如果线程1阻塞，线程2则会一直等待下去，而Lock锁就不一定会等待下去，如果尝试获取不到锁，线程可以不用一直等待就结束了；

  5.synchronized的锁可重入、不可中断、非公平，而Lock锁可重入、可判断、可公平（两者皆可）

  6.Lock锁适合大量同步代码的同步问题，synchronized锁适合代码少量的同步问题。

  7.最重要的是Lock是一个接口，而synchronized是一个关键字，synchronized放弃锁只有两种情况：①线程执行完了同步代码块的内容②发生异常；而lock不同，它可以设定超时时间，也就是说他可以在获取锁时便设定超时时间，如果在你设定的时间内它还没有获取到锁，那么它会放弃获取锁然后响应放弃操作。

JMM如何实现锁

  公平锁:

    公平锁是通过“volatile”实现同步的。公平锁在释放锁的最后写volatile变量state；在获取锁时首先读这个volatile变量。根据volatile的happens-before规则，释放锁的线程在写volatile变量之前可见的共享变量，在获取锁的线程读取同一个volatile变量后将立即变的对获取锁的线程可见。

  非公平锁:

    通过CAS实现的，CAS就是compare and swap。CAS实际上调用的JNI函数，也就是CAS依赖于本地实现。以Intel来说，对于CAS的JNI实现函数，它保证：(01)禁止该CAS之前和之后的读和写指令重排序。(02)把写缓冲区中的所有数据刷新到内存中。

  公平锁和非公平锁的区别，是在获取锁的机制上的区别。表现在，在尝试获取锁时

    —— 公平锁，只有在当前线程是CLH等待队列的表头时，才获取锁；而非公平锁，只要当前锁处于空闲状态，则直接获取锁，而不管CLH等待队列中的顺序。

    只有当非公平锁尝试获取锁失败的时候，它才会像公平锁一样，进入CLH等待队列排序等待。

CLH队列 -- Craig, Landin, and Hagersten lock queue

    CLH队列是AQS中“等待锁”的线程队列。在多线程中，为了保护竞争资源不被多个线程同时操作而起来错误，我们常常需要通过锁来保护这些资源。在独占锁中，竞争资源在一个时间点只能被一个线程锁访问；而其它线程则需要等待。CLH就是管理这些“等待锁”的线程的队列。

    CLH是一个非阻塞的 FIFO 队列。也就是说往里面插入或移除一个节点的时候，在并发条件下不会阻塞，而是通过自旋锁和 CAS 保证节点插入和移除的原子性。

获取锁过程：

  (01) 先是通过tryAcquire()尝试获取锁。获取成功的话，直接返回；尝试失败的话，再通过acquireQueued()获取锁。

  (02) 尝试失败的情况下，会先通过addWaiter()来将“当前线程”加入到"CLH队列"末尾；然后调用acquireQueued()，在CLH队列中排序等待获取锁，在此过程中，线程处于休眠状态。直到获取锁了才返回。 如果在休眠等待过程中被中断过，则调用selfInterrupt()来自己产生一个中断。

“释放锁”的过程相对“获取锁”的过程比较简单。释放锁时，主要进行的操作，是更新当前线程对应的锁的状态。如果当前线程对锁已经彻底释放，则设置“锁”的持有线程为null，设置当前线程的状态为空，然后唤醒后继线程。

AQS锁的类别 -- 分为“独占锁”和“共享锁”两种。

    (01) 独占锁 -- 锁在一个时间点只能被一个线程锁占有。根据锁的获取机制，它又划分为“公平锁”和“非公平锁”。公平锁，是按照通过CLH等待线程按照先来先得的规则，公平的获取锁；而非公平锁，则当线程要获取锁时，它会无视CLH等待队列而直接获取锁。独占锁的典型实例子是ReentrantLock，此外，ReentrantReadWriteLock.WriteLock也是独占锁。

    (02) 共享锁 -- 能被多个线程同时拥有，能被共享的锁。JUC包中的ReentrantReadWriteLock.ReadLock，CyclicBarrier， CountDownLatch和Semaphore都是共享锁。这些锁的用途和原理，在以后的章节再详细介绍。

JUC中的共享锁有CountDownLatch, CyclicBarrier, Semaphore, ReentrantReadWriteLock等

死锁产生的4个必要条件

    1、互斥：某种资源一次只允许一个进程访问，即该资源一旦分配给某个进程，其他进程就不能再访问，直到该进程访问结束。

    2、占有且等待：一个进程本身占有资源（一种或多种），同时还有资源未得到满足，正在等待其他进程释放该资源。

    3、不可抢占：别人已经占有了某项资源，你不能因为自己也需要该资源，就去把别人的资源抢过来。

    4、循环等待：存在一个进程链，使得每个进程都占有下一个进程所需的至少一种资源。

4.CountDownLatch与CyclicBarrier区别：

CountDownLatch主要用来解决一个线程等待多个线程的场景，CyclicBarrier是一组线程之间的互相等待。

CyclicBarrier的计数器是可以循环利用的。自动重制功能，一旦计数器减到0会自动重置到初始值，CyclicBarrier有回调函数。

一个容易被忽视的“坑”是用迭代器遍历容器，存在并发问题，组合操作不具备原子性。

```

List list = Collections.

  synchronizedList(new ArrayList());

Iterator i = list.iterator();

while (i.hasNext())

  foo(i.next());

```

而正确做法是下面这样，锁住 list 之后再执行遍历操作。

如果你查看 Collections 内部的包装类源码，你会发现包装类的公共方法锁的是对象的 this，其实就是我们这里的 list，所以锁住 list 绝对是线程安全的。

```

List list = Collections.

  synchronizedList(new ArrayList());

synchronized (list) { 

  Iterator i = list.iterator();

  while (i.hasNext())

    foo(i.next());

} 

```

LockSupport：

  LockSupport类可以阻塞当前线程以及唤醒指定被阻塞的线程。主要是通过park()和unpark(thread)方法来实现阻塞和唤醒线程的操作的。

  每个线程都有一个许可(permit)，permit只有两个值1和0,默认是0。

  当调用unpark(thread)方法，就会将thread线程的许可permit设置成1(注意多次调用unpark方法，不会累加，permit值还是1)。

  当调用park()方法，如果当前线程的permit是1，那么将permit设置为0，并立即返回。如果当前线程的permit是0，那么当前线程就会阻塞，直到别的线程将当前线程的permit设置为1.park方法会将permit再次设置为0，并返回。

  注意：因为permit默认是0，所以一开始调用park()方法，线程必定会被阻塞。调用unpark(thread)方法后，会自动唤醒thread线程，即park方法立即返回。