3.java并发机制及实现原理(2)

说到java并发编程，就不得不说synchronized关键字，很多人称之为“重量级锁”，其实JAVASE 1.6对ynchronized进行的各种优化，synchronized并不会显得那么重了

本章要点

1.锁升级
2.synchronized
3.Lock

4. AbstractQueuedSynchronizer

java中任何一个对象都可以作为锁

• synchronized修饰实例方法，锁是当前实例对象
• synchronized修饰静态方法，锁是当前类的class对象
• synchronized修饰代码块，锁是括号里面的对象

3.1锁升级

锁级别分为：无锁-->偏向锁-->轻量级锁-->重量级锁(真正意义上的加锁)

• 偏向锁(CAS操作)：大多数时候是不存在锁竞争的，通常是一个线程多次获得同一个锁，因此如果每次都要竞争锁会增大很多没有必要付出的代价，为了降低获取锁的代价，才引入的偏向锁。此时会在java对象头和栈帧中记录偏向的锁的threadID。
• 轻量级锁(自旋锁)：考虑的是竞争锁对象的线程不多，而且线程持有锁的时间也不长的情景（两个线程交替访问）。因为阻塞线程需要CPU从用户态转到内核态，代价较大，如果刚刚阻塞不久这个锁就被释放了，那这个代价就有点得不偿失了，因此这个时候就干脆不阻塞这个线程，让它自旋这等待锁释放。
• 重量级锁（基于ObjectMonitor）：多个线程竞争资源，竞争激烈，在操作一定次数的自旋锁（cas操作）后，还没有获得轻量级锁，锁膨胀为重量级锁，没有获取锁的线程会被阻塞。

偏向锁：

偏向锁.png

轻量级锁：

轻量级锁.png

3.2 synchronized 基本原理

synchronized是基于ObjectMonitor实现的，ObjectMonitor中有几个关键属性：
_owner：指向持有ObjectMonitor对象的线程
_WaitSet：存放处于wait状态的线程队列
_EntryList：存放处于等待锁block状态的线程队列
_recursions：锁的重入次数
_count：用来记录该线程获取锁的次数
1.只有_EntryList线列才有权利争抢锁资源 2.调研notify或者notifyAll方法，其实就是将线程从_WaitSet移到_EntryList中，然后让其去争抢锁资源
总之，被synchronized修饰的代码，在被编译器编译后在被修饰的代码前后加上了一组字节指令。代码开始位置加上monitorenter，在代码结束位置加入monitorexit，这两个字节码指令配合完成了synchronized关键字修饰代码的互斥访问。
当执行monitorenter时，若对象未被锁定时，或者当前线程已经拥有了此对象的monitor锁，则锁计数器+1，该线程获取该对象锁。
当执行monitorexit时，锁计数器-1，当计数器为0时，此对象锁就被释放了。那么其他阻塞的线程则可以请求获取该monitor锁。

3.3 Lock

Lock接口中包含的方法：

• 那获取锁：lock()、tryLock()、tryLock(long time, TimeUnit unit) 和 lockInterruptibly()；
• 释放锁：unLock()；
• 条件：newCondition() 返回 绑定到此 Lock 的新的 Condition 实例 ，用于线程间的协作。

ReadWriteLock锁

可重入锁：如果锁具备可重入性，当某个线程成功获取锁，调用了某个同步方法method1之后，此时如果再去调用同步方法method2，就不需要再去获取锁，而只是增加获取次数，直接去执行。

ReadWriteLock与synchronized的区别：

（1）synchronized是独占锁，加锁和解锁的过程自动进行，易于操作，但不够灵活。
ReentrantLock也是独占锁，加锁和解锁的过程需要手动进行，不易操作，但非常灵活。
（2）synchronized可重入，因为加锁和解锁自动进行，不必担心最后是否释放锁；
ReentrantLock也可重入，但加锁和解锁需要手动进行，且次数需一样，否则其他线程无法获得锁。
（3）synchronized不可响应中断，一个线程获取不到锁就一直等着；ReentrantLock可以相应中断。
（4）synchronized是非公平锁， ReentrantLock可以实现公平锁

ReentrantReadWriteLock 读写锁

读写锁：适用于读多写少的场景。
ReentrantReadWriteLock，有两把锁，即：一个是读操作相关的锁（ReadLock），称为共享锁；一个是写相关的锁（WriteLock），称为排他锁

3.4 AbstractQueuedSynchronizer（简称AQS）

AQS使用一个FIFO的队列表示排队等待锁的线程，队列头节点称作“哨兵节点”，它不与任何线程关联。其他的节点与等待线程关联，每个节点维护一个等待状态waitStatus。

image.png

ReentrantLock的基本实现可以概括为：先通过CAS（预期值：0，设置为：1）尝试获取锁，如果CAS操作成功，则将当前线程设置为exclusiveOwnerThread线程；如果CAS操作失败或已经有线程占据了锁，那就加入AQS队列并且被挂起。当锁被释放之后，排在CLH队列队首的线程会被唤醒，然后CAS再次尝试获取锁。在这个时候，如果：

非公平锁：如果同时还有另一个线程进来尝试获取，那么有可能会让这个线程抢先获取；

公平锁：如果同时还有另一个线程进来尝试获取，当它发现自己不是在队首的话，就会排到队尾，由队首的线程获取到锁