Java并发编程的艺术（八）——锁相关

锁的作用

1. 控制多个线程访问共享资源。
2. 线程协作

Lock接口

特点

1. 与synchronized类似的同步功能，只是需要显式地获取和释放锁。缺少隐式获取锁的便捷性。
2. 拥有锁获取与释放的可操作性、可中断的获取锁以及超时获取锁等多种同步特性。
3. 可扩展性好。
4. 尝试非阻塞地获取锁：如果当前时刻锁没有被占用，则获得锁。
5. 能被中断地获取锁：获得锁的线程能被中断，当获得锁的线程被中断，中断异常会被抛出，然后锁会被释放 。
6. 超时获取锁：在一定时间内尝试获取锁，如果超时，就返回。

使用方式

Lock lock = new ReentrantLock();
lock.lock();

try {
    doSomething();
} finally {
	lock.unlock();
}

注意点

1. 在finally中释放锁，可以保证在获取锁之后，最终能够得到释放 。
2. 不要将获取锁放在try中，因为可能发生异常，没有获得锁，最后在finally中导致锁的释放。

API

队列同步器

作用

是用来构建锁或者其他同步组件的基础框架。面向锁的是闲着，简化了锁的实现方式。

实现原理

1. 同步队列

依赖一个FIFO双向队列，当前线程获取同步状态失败的时候，就会把线程及其状态信息做成一个节点入队，并阻塞当前线程。当同步状态释放的时候，就唤醒首节点，进行获取同步状态。

队列中的节点用来保存获取同步状态失败的线程引用、等待状态以及前驱和后继节点。用过CAS算法设置尾节点。

当首节点获取同步状态成功时候，就会在释放的时候，唤醒后继节点，然后后继将自己设置为首节点。

2.独占式同步状态获取与释放

每个节点都在自旋，如果前驱节点是头节点，就尝试获取同步状态；不是就进入等待状态。

3.共享式同步状态获取与释放

读操作可以是共享，而写操作是独占。

通过嗲用同步器的acquireShared方法可以共享式地获取同步状态。

同步队列总结

1. 是一个获取锁的实现框架，让需要竞争一个锁的线程排队，高效获取。
2. 如果不能马上获取锁，那么这个线程会进入等待状态，而不是一直去尝试获取，这样降低了开销。

重入锁

特点

1. 支持线程对资源的重复加锁。
2. 支持获取锁时的公平和非公平性选择。

实现重进入

重进入是指线程在获取到锁之后，这个线程再去获取这把锁，不会被这把锁阻塞。

1. 再次获取：锁需要是被当前线程是否是已经获得自己的线程，如果是，则再次成功获取。
2. 最终释放：获取了几次，就要释放几次，这样才能让其他线程获取到这把锁。

公平性与非公平性

1. 什么是公平性？就是根据线程等待时间的长短，确定哪个线程先获取到锁。
2. 公平性的问题。非公平的锁开销更小。因为公平性锁采用了FIFO原则将等待线程放进队列，代价是大量的线程切换。

读写锁

特点

1. 不是排他锁，同一时刻可以允许多个读线程访问；
2. 但是同一时刻只能由一个写线程访问。
3. 通过读锁和写锁分离，提高并发性。

实现原理

1. 写锁是一个支持冲入的排他锁。
2. 读锁是一个支持重入的共享锁。每次有一个新的线程获取锁，锁状态就增加，这样，如果有写线程想要获取锁就会被阻塞，直到读锁都被释放的时候，写锁才能被获取。
3. 锁降级。当前线程中的获取的写锁降级为读锁，就是锁降级。过程是：先获取写锁，再获取读锁，最后释放写锁。目的是防止直接放弃写锁之后，其他线程获取到写锁，并修改数据。

使用方式

List<Integer> data = new ArrayList<>();
ReentrantReadWriteLock rwl = new ReentrantReadWriteLock();
Lock r = rwl.readLock();
Lock w = rwl.writeLock();

public int get(int idx) {
	r.lock();
	try {
		return data.get(idx);
	} finally {
		r.unlock();
	}
}

public void add(int num) {
	w.lock();
	try {
		data.add(num);
	} finally {
		w.unlock();
	}
}

LockSupport工具

作用

用于阻塞或唤醒一个线程的公共静态方法。

API

Condition 接口

作用

与Lock配合使用，实现等待和通知模式。

与对象监视器的区别

使用示例

Lock lock = new ReentrantLock();
Condition condition = lock.newCondition();
public void conditionWait() throws InterruptedException {
	lock.lock();
	try {
		condition.await();
	} finally {
		lock.unlock();
	}
}

public void conditionSignal() throws InterruptedException {
	lock.lock();
	try {
		condition.signal();
	} finally {
		lock.unlock();
	}
}

API

实现原理

和同步队列类似。

1.等待队列

等待队列是一个FIFO的队列，每当一个线程调用await()方法，那么这个线程就会释放锁，并进入等待队列。

2.等待

线程调用await()方法进入等待态。

3. 通知

当调用了signal方法，将会唤醒等待队列德首节点。唤醒之前，会将节点移到同步队列中。为什么要放入同步队列中？排队去获取锁啊。

等待队列总结

condition的等待队列像是同步队列下的一个缓冲，同步队列是竞争锁的队列，只有首节点获取到了锁，如果这个节点的线程调用了await方法，那么那就从同步队列的首节点跑到了等待队列了尾节点。其他线程调用了signal方法，那么等待队列的首就跑到同步队列的尾部，进行排队竞争锁。