Java并发编程总结_cstresstest outcom outcom state

1进程/线程是什么？

进程是“执行中的程序”，进行资源分配和调度的独立单位，线程是进程的实体，一个进程可以拥有多个线程，线程的上下文切换比进程要快，线程之间共享地址空间和其他资源。
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2线程状态？

Thread 的源码中定义了6种状态：new（新建）、runnnable（可运行）、blocked（阻塞）、waiting（等待）、time waiting （定时等待）和 terminated（终止）。
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线程状态转换如下图所示：

join()

在线程中调用另一个线程的 join() 方法，会将当前线程挂起，而不是忙等待，直到目标线程结束。

对于以下代码，虽然 b 线程先启动，但是因为在 b 线程中调用了 a 线程的 join() 方法，b 线程会等待 a 线程结束才继续执行，因此最后能够保证 a 线程的输出先于 b 线程的输出。

public class JoinExample {

    private class A extends Thread {
        @Override
        public void run() {
            System.out.println("A");
        }
    }

    private class B extends Thread {

        private A a;

        B(A a) {
            this.a = a;
        }

        @Override
        public void run() {
            try {
                a.join();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println("B");
        }
    }

    public void test() {
        A a = new A();
        B b = new B(a);
        b.start();
        a.start();
    }
}
public static void main(String[] args) {
    JoinExample example = new JoinExample();
    example.test();
}
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yield()

对静态方法 Thread.yield() 的调用声明了当前线程已经完成了生命周期中最重要的部分，可以切换给其它线程来执行。该方法只是对线程调度器的一个建议，而且也只是建议具有相同优先级的其它线程可以运行。

public void run() {
    Thread.yield();
}
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InterruptedException

通过调用一个线程的 interrupt() 来中断该线程，如果该线程处于阻塞、限期等待或者无限期等待状态，那么就会抛出 InterruptedException，从而提前结束该线程。但是不能中断 I/O 阻塞和 synchronized 锁阻塞。

对于以下代码，在 main() 中启动一个线程之后再中断它，由于线程中调用了 Thread.sleep() 方法，因此会抛出一个 InterruptedException，从而提前结束线程，不执行之后的语句。

public class InterruptExample {

    private static class MyThread1 extends Thread {
        @Override
        public void run() {
            try {
                Thread.sleep(2000);
                System.out.println("Thread run");
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
    Thread thread1 = new MyThread1();
    thread1.start();
    thread1.interrupt();
    System.out.println("Main run");
}

Main run
java.lang.InterruptedException: sleep interrupted
    at java.lang.Thread.sleep(Native Method)
    at InterruptExample.lambda$main$0(InterruptExample.java:5)
    at InterruptExample$$Lambda$1/713338599.run(Unknown Source)
    at java.lang.Thread.run(Thread.java:745)
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interrupted()

如果一个线程的 run() 方法执行一个无限循环，并且没有执行 sleep() 等会抛出 InterruptedException 的操作，那么调用线程的 interrupt() 方法就无法使线程提前结束。

但是调用 interrupt() 方法会设置线程的中断标记，此时调用 interrupted() 方法会返回 true。因此可以在循环体中使用 interrupted() 方法来判断线程是否处于中断状态，从而提前结束线程。

public class InterruptExample {

    private static class MyThread2 extends Thread {
        @Override
        public void run() {
            while (!interrupted()) {
                // ..
            }
            System.out.println("Thread end");
        }
    }
}
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
    Thread thread2 = new MyThread2();
    thread2.start();
    thread2.interrupt();
}

Thread end
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3wait/sleep的区别？

1.sleep() 方法正在执行的线程主动让出 cpu（然后 cpu 就可以去执行其他任务），在sleep 指定时间后 cpu 再回到该线程继续往下执行（注意：sleep 方法只让出了cpu，而并不会释放同步资源锁）；
  而 wait() 方法则是指当前线程让自己暂时退让出同步资源锁，以便其他正在等待该资源的线程得到该资源进而运行，只有调用了notify()方法，之前调用 wait() 的线程才会解除 wait 状态，可以去参与竞争同步资源锁，进而得到执行。（注意notify 的作用相当于叫醒睡着的人，而并不会给他分配任务，就是说 notify 只是让之前调用 wait 的线程有权利重新参与线程的调度）；

2.sleep() 方法可以在任何地方使用，而 wait() 方法则只能在同步方法或同步块中使用；

3.sleep() 是线程类（Thread）的方法，调用会暂停此线程指定的时间，但监控依然保持，不会释放对象锁，到时间自动恢复；wait() 是 Object 的方法，调用会放弃对象锁,进入等待队列，待调用 notify()/notifyAll() 唤醒指定的线程或者所有线程，才会进入竞争队列，再次获得对象锁才会进入运行状态。
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4什么是并发？什么是并行？

1.解释一：并行是指两个或者多个事件在同一时刻发生；而并发是指两个或多个事件在同一时间间隔发生。

2.解释二：并行是在不同实体上的多个事件，并发是在同一实体上的多个事件.
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2、Synchronized

我们知道并发编程会产生各种问题的源头是可见性，原子性，有序性。而synchronized能同时保证可见性，原子性，有序性。所以我们在解决并发问题的时候经常用synchronized，当然还有很多其他工具，如volatile。但是volatile只能保证可见性，有序性，不能保证原子性 .

synchronized可以用在如下地方

1. 修饰实例方法，对当前实例对象this加锁

   SynchronizedDemo synchronized=new SynchronizedDemo();
   synchronized.methodOne(); //锁的是当前this对象，即synchronized,在此期间其他线程不能调用改方法中其他synchronized修饰的方法
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2. 修饰静态方法，对当前类的Class对象加锁

   SynchronizedDemo synchronized=new SynchronizedDemo();
   synchronized.methodTwo(); //锁的是当前类的class对象，SynchronizedDemo.class 因为static修饰的方法是类方法
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3. 修饰代码块，指定加锁对象，对给定对象加锁

修饰实例方法

public class SynchronizedDemo {    
    public synchronized void methodOne() {    
    
    }
}
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修饰静态方法

public class SynchronizedDemo {    
	public static synchronized void methodTwo() { 
        
    }
}
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修饰代码块

public class SynchronizedDemo {    
    public void methodThree() {        
        // 对当前实例对象this加锁        
        synchronized (this) {   
            
        }    
    }    
    public void methodFour() {        
        // 对class对象加锁        
        synchronized (SynchronizedDemo.class) {        
            
        }    
    }
}
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第一章：并发编程中的三个问题

可见性

目标

学习什么是可见性问题

可见性概念

可见性（Visibility）：是指一个线程对共享变量进行修改，另一个先立即得到修改后的新值。

可见性演示

案例演示：一个线程根据boolean类型的标记flag， while循环，另一个线程改变这个flag变量的值，另 一个线程并不会停止循环。

package com.itheima.concurrent_problem;
/**    案例演示:        
		一个线程对共享变量的修改,另一个线程不能立即得到新值 
*/
public class Test01Visibility {
	// 多个线程都会访问的数据，我们称为线程的共享数据    
	private static Boolean run = true;
	public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
		Thread t1 = new Thread(() -> {
			while (run) {
                
			}
		});
		t1.start();
        
		Thread.sleep(1000);
        
		Thread t2 = new Thread(() -> {
			run = false;
			System.out.println("时间到，线程2设置为false");
		});
		t2.start();
	}
}
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小结

并发编程时，会出现可见性问题，当一个线程对共享变量进行了修改，另外的线程并没有立即看到修改后的最新值。

原子性

目标

学习什么是原子性问题

原子性概念

原子性（Atomicity）：在一次或多次操作中，要么所有的操作都执行并且不会受其他因素干扰而中断，要么所有的操作都不执行。

原子性演示

案例演示:5个线程各执行1000次 i++;

package com.itheima.demo01_concurrent_problem;

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

/*
    目标:演示原子性问题
        1.定义一个共享变量number
        2.对number进行1000的++操作
        3.使用5个线程来进行
 */
public class Test02Atomicity {
    // 1.定义一个共享变量number
    private static int number = 0;
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        // 2.对number进行1000的++操作
        Runnable increment = () -> {
            for (int i = 0; i < 1000; i++) {
                number++;
            }
        };

        List<Thread> list = new ArrayList<>();
        // 3.使用5个线程来进行
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            Thread t = new Thread(increment);
            t.start();
            list.add(t);
        }

        for (Thread t : list) {
            t.join();
        }

        System.out.println("number = " + number);
    }
}
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使用javap反汇编class文件，得到下面的字节码指令：

其中，对于 number++ 而言（number 为静态变量），实际会产生如下的 JVM 字节码指令：

9: getstatic     #12                 // Field number:I 
12: iconst_1 
13: iadd 
14: putstatic     #12                 // Field number:I
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由此可见number++是由多条语句组成，以上多条指令在一个线程的情况下是不会出问题的，但是在多 线程情况下就可能会出现问题。比如一个线程在执行13: iadd时，另一个线程又执行9: getstatic。会导 致两次number++，实际上只加了1。

小结

并发编程时，会出现原子性问题，当一个线程对共享变量操作到一半时，另外的线程也有可能来操作共 享变量，干扰了前一个线程的操作。

有序性

目标

学习什么是有序性问题

有序性概念

有序性（Ordering）：是指程序中代码的执行顺序，Java在编译时和运行时会对代码进行优化，会导致 程序终的执行顺序不一定就是我们编写代码时的顺序。

有序性演示

jcstress是java并发压测工具。https://wiki.openjdk.java.net/display/CodeTools/jcstress 修改pom文件，添加依赖：

<dependency>   
 <groupId>org.openjdk.jcstress</groupId>    
<artifactId>jcstress-core</artifactId>    
<version>${jcstress.version}</version> 
</dependency>
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代码

package com.itheima.demo01_concurrent_problem;

import org.openjdk.jcstress.annotations.*;
import org.openjdk.jcstress.infra.results.I_Result;

 @JCStressTest
 @Outcome(id = {"1", "4"}, expect = Expect.ACCEPTABLE, desc = "ok")
 @Outcome(id = "0", expect = Expect.ACCEPTABLE_INTERESTING, desc = "danger")
 @State
public class Test03Ordering {

    int num = 0;
    boolean ready = false;
    // 线程1执行的代码
    // @Actor
    public void actor1(I_Result r) {
        if (ready) {
            r.r1 = num + num;
        } else {
            r.r1 = 1;
        }
    }

    // 线程2执行的代码
    // @Actor
    public void actor2(I_Result r) {
        num = 2;
        ready = true;
    }
}
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I_Result 是一个对象，有一个属性 r1 用来保存结果，在多线程情况下可能出现几种结果？

情况1：线 程1先执行actor1，这时ready = false，所以进入else分支结果为1。

情况2：线程2执行到actor2，执行了num = 2;和ready = true，线程1执行，这回进入 if 分支，结果为 4。

情况3：线程2先执行actor2，只执行num = 2；但没来得及执行 ready = true，线程1执行，还是进入 else分支，结果为1。
还有一种结果0。
运行测试：

mvn clean install 

java -jar target/jcstress.jar
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小结

程序代码在执行过程中的先后顺序，由于Java在编译期以及运行期的优化，导致了代码的执行顺序未必 就是开发者编写代码时的顺序。

第二章：Java内存模型(JMM)

在介绍Java内存模型之前，先来看一下到底什么是计算机内存模型。

计算机结构

目标

学习计算机的主要组成
学习缓存的作用

计算机结构简介

冯诺依曼，提出计算机由五大组成部分，输入设备，输出设备存储器，控制器，运算器。

CPU

中央处理器，是计算机的控制和运算的核心，我们的程序终都会变成指令让CPU去执行，处理程序中 的数据。

内存

我们的程序都是在内存中运行的，内存会保存程序运行时的数据，供CPU处理。

缓存

CPU的运算速度和内存的访问速度相差比较大。这就导致CPU每次操作内存都要耗费很多等待时间。内存的读写速度成为了计算机运行的瓶颈。于是就有了在CPU和主内存之间增加缓存的设计。靠近CPU 的缓存称为L1，然后依次是 L2，L3和主内存，CPU缓存模型如图下图所示。

CPU Cache分成了三个级别: L1， L2， L3。都集成在CPU中，级别越小越接近CPU，速度也更快，同时也代表着容量越 小。

1. L1是接近CPU的，它容量小，例如32K，速度快，每个核上都有一个L1 Cache。
2. L2 Cache 更大一些，例如256K，速度要慢一些，一般情况下每个核上都有一个独立的L2 Cache。
3. L3 Cache是三级缓存中大的一级，例如12MB，同时也是缓存中慢的一级，在同一个CPU插槽 之间的核共享一个L3 Cache。
   

Cache的出现是为了解决CPU直接访问内存效率低下问题的，程序在运行的过程中，CPU接收到指令 后，它会先向CPU中的一级缓存（L1 Cache）去寻找相关的数据，如果命中缓存，CPU进行计算时就 可以直接对CPU Cache中的数据进行读取和写人，当运算结束之后，再将CPUCache中的新数据刷新 到主内存当中，CPU通过直接访问Cache的方式替代直接访问主存的方式极大地提高了CPU 的吞吐能 力。但是由于一级缓存（L1 Cache）容量较小，所以不可能每次都命中。这时CPU会继续向下一级的二 级缓存（L2 Cache）寻找，同样的道理，当所需要的数据在二级缓存中也没有的话，会继续转向L3 Cache、内存(主存)和硬盘。

把CPU比做大脑 寄存器就像你正在思考的问题,而cahe就是你的记忆(临时的)

小结

计算机的主要组成CPU，内存，输入设备，输出设备。

Java内存模型

目标

学习Java内存模型的概念和作用 Java内存模型的概念
Java Memory Molde (Java内存模型/JMM)，千万不要和Java内存结构混淆 关于“Java内存模型”的权威解释，请参考 https://download.oracle.com/otn-pub/jcp/memory_model1.0-pfd-spec-oth-JSpec/memory_model-1_0-pfd-spec.pdf。
Java内存模型，是Java虚拟机规范中所定义的一种内存模型，Java内存模型是标准化的，屏蔽掉了底层 不同计算机的区别。
Java内存模型是一套规范，描述了Java程序中各种变量(线程共享变量)的访问规则，以及在JVM中将变量 存储到内存和从内存中读取变量这样的底层细节，具体如下。

主内存

主内存是所有线程都共享的，都能访问的。所有的共享变量都存储于主内存。

工作内存

每一个线程有自己的工作内存，工作内存只存储该线程对共享变量的副本。线程对变量的所有的操 作(读，取)都必须在工作内存中完成，而不能直接读写主内存中的变量，不同线程之间也不能直接 访问对方工作内存中的变量。

Java内存模型的作用

Java内存模型是一套在多线程读写共享数据时，对共享数据的可见性、有序性、和原子性的规则和保障。
synchronized,volatile

CPU缓存，内存与Java内存模型的关系

通过对前面的CPU硬件内存架构、Java内存模型以及Java多线程的实现原理的了解，我们应该已经意识到，多线程的执行终都会映射到硬件处理器上进行执行。
但Java内存模型和硬件内存架构并不完全一致。对于硬件内存来说只有寄存器、缓存内存、主内存的概 念，并没有工作内存和主内存之分，也就是说Java内存模型对内存的划分对硬件内存并没有任何影响， 因为JMM只是一种抽象的概念，是一组规则，不管是工作内存的数据还是主内存的数据，对于计算机硬件来说都会存储在计算机主内存中，当然也有可能存储到CPU缓存或者寄存器中，因此总体上来说， Java内存模型和计算机硬件内存架构是一个相互交叉的关系，是一种抽象概念划分与真实物理硬件的交叉。

JMM内存模型与CPU硬件内存架构的关系：

小结

Java内存模型是一套规范，描述了Java程序中各种变量(线程共享变量)的访问规则，以及在JVM中将变量存储到内存和从内存中读取变量这样的底层细节，Java内存模型是对共享数据的可见性、有序性、和原子性的规则和保障。

主内存与工作内存之间的交互

目标

了解主内存与工作内存之间的数据交互过程
Java内存模型中定义了以下8种操作来完成，主内存与工作内存之间具体的交互协议，即一个变量如何 从主内存拷贝到工作内存、如何从工作内存同步回主内存之类的实现细节，虚拟机实现时必须保证下面 提及的每一种操作都是原子的、不可再分的。
对应如下的流程图：

可见性：

CPU和主内存通过总线进行数据交互，其中有8大原子操作

先了解CPU和内存之间如何实现缓存一致性以及有序性的

CPU和内存之间通过总线进行数据交互，其中通过缓存一致性协议（MESI）+CPU嗅探技术解决缓存一致性问题

当CPU修改了缓存值会通过原子操作锁机制（将主内存值锁定然后将最新的值刷新，再解锁）将最新的缓存值刷新到主内存，其中经过总线，其他CPU嗅探到后将自己缓存中的值设置为无效，这样会重新取主内存读取最新的值，

其中JMM内存模型Volatile关键值实现可见性底层就是通过上述方式，通过Lock前缀指令，锁定这块区域缓存（缓存行锁定）并写会到主内存

有序性：

指令重排序：CPU在不影响单线程执行结果的前提下，计算机为了最大限度的发挥机器性能，会对机器指令重排序优化

as-if-serial:不管怎么重排序（编译期和处理器为了提高并行度），（单线程）程序的执行结果不能被改变。

happens-before原则：

单线程happen-before原则：在同一个线程中，书写在前面的操作happen-before后面的操作。

锁的happen-before原则：同一个锁的unlock操作happen-before此锁的lock操作。

volatile的happen-before原则：对一个volatile变量的写操作happen-before对此变量的任意操作(当然也包括写操作了)。

happen-before的传递性原则：如果A操作 happen-before B操作，B操作happen-before C操作，那么A操作happen-before C操作。

线程启动的happen-before原则：同一个线程的start方法happen-before此线程的其它方法。

线程中断的happen-before原则：对线程interrupt方法的调用happen-before被中断线程的检测到中断发送的代码。

线程终结的happen-before原则：线程中的所有操作都happen-before线程的终止检测。

对象创建的happen-before原则：一个对象的初始化完成先于他的finalize方法调用。
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JVM规范了内存屏障，为了实现有序性，其中Volatile需要实现内存屏障

CPU层面的内存屏障

因为指令重排序可能出现的问题：双重校验锁实现单例（不加volatile）

public class Singleton {
	private volatile static Singleton uniqueInstance; 

	private Singleton() { }  // 禁止别的类使用该构造函数

    public static Singleton getUniqueInstance() { 
        //先判断对象是否已经实例过，没有实例化过才进入加锁代码
        if (uniqueInstance == null) { 
            //类对象加锁 
            synchronized (Singleton.class) { 
                if (uniqueInstance == null) {  // 进一步确保uniqueInstance为null才生成对象
                    uniqueInstance = new Singleton(); 
                } 
            } 
        }
        return uniqueInstance; 
    }
}
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首先为什么需要两个if呢？原因是多个线程都一开始判断uniqueInstance == null，然后有了一个线程获取了锁资源，其他线程等待，创建了uniqueInstance实例对象，然后它释放了锁，又有了新的线程获取到锁实例，如果这时候不判断uniqueInstance==null ,那它就会又创建了一个实例对象。

那么为什么要加入volatile?

打印出字节码，加载、验证、准备、解析、初始化，加载阶段会先在堆内存分配内存，创建一个代表该类的class对象，作为方法区中该类各种数据的访问入口，然后准备阶段类变量是被 static 修饰的变量，准备阶段为类变量分配内存并设置初始值，使用的是方法区的内存，如果不是final修饰，赋值为0。 进行变量的初始化动作，初始化阶段才真正开始执行类中定义的 Java 程序代码。初始化阶段是虚拟机执行类构造器 <clinit>() 方法的过程。在准备阶段，类变量已经赋过一次系统要求的初始值，而在初始化阶段，根据程序员通过程序制定的主观计划去初始化类变量和其它资源(即构造函数)

如果不加volatile,可能导致21行和24行互换顺序，初始化动作在把对象内存地址赋值给引用之后了，这时候引用可能拿到没执行构造方法的变量。

总线风暴：

在多核处理器架构上，所有的处理器是共用一条总线的，都是靠此总线来和主内存进行数据交互。当主内存的数据同时存在于多个处理的高速缓存中时，某一处理器更新了此共享数据后。会通过总线触发嗅探机制来通知其他处理器将自己高速缓存内的共享数据置为无效，在下次使用时重新从主内存加载最新数据。而这种通过总线来进行通信则称之为”缓存一致性流量“。

因为总线是固定的，所有相应可以接受的通信能力也就是固定的了，如果缓存一致性流量突然激增，必然会使总线的处理能力受到影响。而恰好CAS和volatile 会导致缓存一致性流量增大。如果很多线程都共享一个变量，当共享变量进行CAS等数据变更时，就有可能产生总线风暴。解决方法是部分使用synchronized。

第四章：synchronized的特性

可重入特性

目标

了解什么是可重入
了解可重入的原理

什么是可重入

一个线程可以多次执行synchronized,重复获取同一把锁。

// 演示可重入锁是什么意思，可重入，就是可以重复获取相同的锁，synchronized和ReentrantLock都是可重入的
// 可重入降低了编程复杂性
public class WhatReentrant {
	public static void main(String[] args) {
		new Thread(new Runnable() {
			@Override
			public void run() {
				synchronized (this) {
					System.out.println("第1次获取锁，这个锁是：" + this);
					int index = 1;
					while (true) {
						synchronized (this) {
							System.out.println("第" + (++index) + "次获取锁，这个锁是：" + this);
						}
						if (index == 10) {
							break;
						}
					}
				}
			}
		}).start();
	}
}

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可重入原理

synchronized的锁对象中有一个计数器（recursions变量）会记录线程获得几次锁. 可重入的好处

1. 可以避免死锁
2. 可以让我们更好的来封装代码

小结

synchronized是可重入锁，内部锁对象中会有一个计数器记录线程获取几次锁啦，在执行完同步代码块 时，计数器的数量会-1，知道计数器的数量为0，就释放这个锁。

不可中断特性

目标

学习synchronized不可中断特性
学习Lock的可中断特性

什么是不可中断

一个线程获得锁后，另一个线程想要获得锁，必须处于阻塞或等待状态，如果第一个线程不释放锁，第 二个线程会一直阻塞或等待，不可被中断。

synchronized不可中断演示

/*
    目标:演示synchronized不可中断
        1.定义一个Runnable
        2.在Runnable定义同步代码块
        3.先开启一个线程来执行同步代码块,保证不退出同步代码块
        4.后开启一个线程来执行同步代码块(阻塞状态)
        5.停止第二个线程
 */
public class Demo02_Uninterruptible {
    private static Object obj = new Object();
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        // 1.定义一个Runnable
        Runnable run = () -> {
            // 2.在Runnable定义同步代码块
            synchronized (obj) {
                String name = Thread.currentThread().getName();
                System.out.println(name + "进入同步代码块");
                // 保证不退出同步代码块
                try {
                    Thread.sleep(888888);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        };

        // 3.先开启一个线程来执行同步代码块
        Thread t1 = new Thread(run);
        t1.start();
        Thread.sleep(1000);
        // 4.后开启一个线程来执行同步代码块(阻塞状态)
        Thread t2 = new Thread(run);
        t2.start();

        // 5.停止第二个线程
        System.out.println("停止线程前");
        t2.interrupt();
        System.out.println("停止线程后");

        System.out.println(t1.getState());
        System.out.println(t2.getState());
    }
}
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ReentrantLock可中断演示

import java.util.concurrent.TimeUnit;
import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

/*
    目标:演示Lock不可中断和可中断
 */
public class Demo03_Interruptible {
    private static Lock lock = new ReentrantLock();
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
         test01();
//        test02();
    }

    // 演示Lock可中断
    public static void test02() throws InterruptedException {
        Runnable run = () -> {
            String name = Thread.currentThread().getName();
            boolean b = false;
            try {
                b = lock.tryLock(3, TimeUnit.SECONDS);
                if (b) {
                    System.out.println(name + "获得锁,进入锁执行");
                    Thread.sleep(88888);
                } else {
                    System.out.println(name + "在指定时间没有得到锁做其他操作");
                }
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            } finally {
                if (b) {
                    lock.unlock();
                    System.out.println(name + "释放锁");
                }
            }
        };

        Thread t1 = new Thread(run);
        t1.start();
        Thread.sleep(1000);
        Thread t2 = new Thread(run);
        t2.start();

         System.out.println("停止t2线程前");
         t2.interrupt();
         System.out.println("停止t2线程后");

         Thread.sleep(4000);
         System.out.println(t1.getState());
         System.out.println(t2.getState());
    }

    // 演示Lock不可中断
    public static void test01() throws InterruptedException {
        Runnable run = () -> {
            String name = Thread.currentThread().getName();
            try {
                lock.lock();
                System.out.println(name + "获得锁,进入锁执行");
                Thread.sleep(88888);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            } finally {
                lock.unlock();
                System.out.println(name + "释放锁");
            }
        };

        Thread t1 = new Thread(run);
        t1.start();
        Thread.sleep(1000);
        Thread t2 = new Thread(run);
        t2.start();

        System.out.println("停止t2线程前");
        t2.interrupt();
        System.out.println("停止t2线程后");

        Thread.sleep(1000);
        System.out.println(t1.getState());
        System.out.println(t2.getState());
    }
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小结

不可中断是指，当一个线程获得锁后，另一个线程一直处于阻塞或等待状态，前一个线程不释放锁，后 一个线程会一直阻塞或等待，不可被中断。
synchronized属于不可被中断

Lock的lock方法是不可中断的

Lock的tryLock方法是可中断的

第五章：synchronized原理

javap 反汇编

目标

通过javap反汇编学习synchronized的原理 我们编写一个简单的synchronized代码，如下：

public class Demo01 {
    private static Object obj = new Object();

    public static void main(String[] args) {
        synchronized (obj) {
            System.out.println("1");
        }
    }

    public synchronized void test() {
        System.out.println("a");
    }
}
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我们要看synchronized的原理，但是synchronized是一个关键字，看不到源码。我们可以将class文件 进行反汇编。

JDK自带的一个工具： javap ，对字节码进行反汇编，查看字节码指令。
在DOS命令行输入：

javap -p -v -c C:\Users\13666\IdeaProjects\HeiMa\Synchronized\target\classes\com\itheima\demo04 _synchronized_monitor\Increment.class
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反汇编后的效果如下：

monitorenter

首先我们来看一下JVM规范中对于monitorenter的描述： https://docs.oracle.com/javase/specs/jvms/se8/html/jvms-6.html#jvms-6.5.monitorenter

Each object is associated with a monitor. A monitor is locked if and only if it has an owner. The thread that executes monitorenter attempts to gain ownership of the monitor associated with objectref， as follows: • If the entry count of the monitor associated with objectref is zero， the thread enters the monitor and sets its entry count to one. The thread is then the owner of the monitor. • If the thread already owns the monitor associated with objectref， it reenters the monitor， incrementing its entry count. • If another thread already owns the monitor associated with objectref， the thread blocks until the monitor’s entry count is zero， then tries again to gain ownership.

翻译过来： 每一个对象都会和一个监视器monitor关联。监视器被占用时会被锁住，其他线程无法来获 取该monitor。 当JVM执行某个线程的某个方法内部的monitorenter时，它会尝试去获取当前对象对应 的monitor的所有权。其过程如下：

1. 若monior的进入数为0，线程可以进入monitor，并将monitor的进入数置为1。当前线程成为 monitor的owner（所有者）
2. 若线程已拥有monitor的所有权，允许它重入monitor，则进入monitor的进入数加1
3. 若其他线程已经占有monitor的所有权，那么当前尝试获取monitor的所有权的线程会被阻塞，直 到monitor的进入数变为0，才能重新尝试获取monitor的所有权。

monitorenter小结:
synchronized的锁对象会关联一个monitor,这个monitor不是我们主动创建的,是JVM的线程执行到这个 同步代码块,发现锁对象没有monitor就会创建monitor,monitor内部有两个重要的成员变量owner:拥有 这把锁的线程,recursions会记录线程拥有锁的次数,当一个线程拥有monitor后其他线程只能等待

monitorexit

首先我们来看一下JVM规范中对于monitorexit的描述： https://docs.oracle.com/javase/specs/jvms/se8/html/jvms-6.html#jvms-6.5.monitorexit

The thread that executes monitorexit must be the owner of the monitor associated with the instance referenced by objectref. The thread decrements the entry count of the monitor associated with objectref. If as a result the value of the entry count is zero， the thread exits the monitor and is no longer its owner. Other threads that are blocking to enter the monitor are allowed to attempt to do so.

翻译过来：

1.能执行monitorexit指令的线程一定是拥有当前对象的monitor的所有权的线程。

2. 执行monitorexit时会将monitor的进入数减1。当monitor的进入数减为0时，当前线程退出 monitor，不再拥有monitor的所有权，此时其他被这个monitor阻塞的线程可以尝试去获取这个 monitor的所有权
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monitorexit释放锁。
monitorexit插入在方法结束处和异常处，JVM保证每个monitorenter必须有对应的monitorexit。

面试题synchroznied出现异常会释放锁吗?
会释放锁

同步方法

https://docs.oracle.com/javase/specs/jvms/se8/html/jvms-2.html#jvms-2.11.10 可以看到同步方法在反汇编后，会增加 ACC_SYNCHRONIZED 修饰。会隐式调用monitorenter和 monitorexit。在执行同步方法前会调用monitorenter，在执行完同步方法后会调用monitorexit。

小结

通过javap反汇编我们看到synchronized使用编程了monitorentor和monitorexit两个指令.每个锁对象 都会关联一个monitor(监视器,它才是真正的锁对象),它内部有两个重要的成员变量owner会保存获得锁 的线程,recursions会保存线程获得锁的次数,当执行到monitorexit时,recursions会-1,当计数器减到0时 这个线程就会释放锁

面试题：synchronized与Lock的区别

1. synchronized是关键字，而Lock是一个接口。
2. synchronized会自动释放锁，而Lock必须手动释放锁。
3. synchronized是不可中断的，Lock可以中断也可以不中断。
4. 通过Lock可以知道线程有没有拿到锁，而synchronized不能。
5. synchronized能锁住方法和代码块，而Lock只能锁住代码块。
6. Lock可以使用读锁提高多线程读效率。
7. synchronized是非公平锁，ReentrantLock可以控制是否是公平锁。

深入JVM源码

通过JVM源码分析synchronized的原理

JVM源码下载

http://openjdk.java.net/ --> Mercurial --> jdk8 --> hotspot --> zip

IDE(Clion )下载

https://www.jetbrains.com/

monitor监视器锁

可以看出无论是synchronized代码块还是synchronized方法，其线程安全的语义实现终依赖一个叫 monitor的东西，那么这个神秘的东西是什么呢？下面让我们来详细介绍一下。

在HotSpot虚拟机中，monitor是由ObjectMonitor实现的。其源码是用c++来实现的，位于HotSpot虚 拟机源码ObjectMonitor.hpp文件中(src/share/vm/runtime/objectMonitor.hpp)。ObjectMonitor主 要数据结构如下：

ObjectMonitor() {    
	_header       = NULL;    
	_count        = 0;   
    _waiters      = 0，    
    _recursions   = 0;  // 线程的重入次数
    _object       = NULL; // 存储该monitor的对象    
    _owner        = NULL; // 标识拥有该monitor的线程    
    _WaitSet      = NULL; // 处于wait状态的线程，会被加入到_WaitSet    
    _WaitSetLock  = 0 ;    
    _Responsible  = NULL;    
    _succ         = NULL;    
    _cxq          = NULL; // 多线程竞争锁时的单向列表    
    FreeNext      = NULL;    
    _EntryList    = NULL; // 处于等待锁block状态的线程，会被加入到该列表   
    _SpinFreq     = 0;   
    _SpinClock    = 0;    
    OwnerIsThread = 0; 
}
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1. _owner：初始时为NULL。当有线程占有该monitor时，owner标记为该线程的唯一标识。当线程 释放monitor时，owner又恢复为NULL。owner是一个临界资源，JVM是通过CAS操作来保证其线 程安全的。
2. _ _cxq：竞争队列，所有请求锁的线程首先会被放在这个队列中（单向链接）。_cxq是一个临界资源，JVM通过CAS原子指令来修改_cxq队列。修改前_cxq的旧值填入了node的next字段，_cxq指 向新值（新线程）。因此_cxq是一个后进先出的stack（栈）。
3. _EntryList：_cxq队列中有资格成为候选资源的线程会被移动到该队列中。
4. _WaitSet：因为调用wait方法而被阻塞的线程会被放在该队列中。

每一个Java对象都可以与一个监视器monitor关联，我们可以把它理解成为一把锁，当一个线程想要执 行一段被synchronized圈起来的同步方法或者代码块时，该线程得先获取到synchronized修饰的对象 对应的monitor。 我们的Java代码里不会显示地去创造这么一个monitor对象，我们也无需创建，事实上可以这么理解： monitor并不是随着对象创建而创建的。我们是通过synchronized修饰符告诉JVM需要为我们的某个对 象创建关联的monitor对象。每个线程都存在两个ObjectMonitor对象列表，分别为free和used列表。 同时JVM中也维护着global locklist。当线程需要ObjectMonitor对象时，首先从线程自身的free表中申请，若存在则使用，若不存在则从global list中申请。
ObjectMonitor的数据结构中包含：_owner、_WaitSet和_EntryList，它们之间的关系转换可以用下图 表示：

对象头保存对应的montor对象，其中_recursions会记录线程的重入次数，进入+1，离开-1，

_object会存储这个synchronized锁的实例对象，

_owner就保存抢到锁进来的线程，

_WaitSet是当有线程获取锁后调用obj.wait()方法，那么当前线程就会进入WaitSet队列，

cxq是单向链表（指的是如果已经有t1线程获取到monitor对象拿到锁后，t2和t3没有竞争到，t2、t3线程会进行到cxq队列，先自己尝试竞争锁，如果竞争不到则自旋再去挣扎一下获取锁，当t1执行完同步代码块，释放锁后，由t1、t2、t3再去争抢锁，如果t1再次抢到锁，那么t2、t3会进行到EntryList阻塞队列，如果此时又有t4、t5线程过来会被放到cxq队列，t2,t3,t4,t5，通过自旋尝试获取锁，如果还是没有获取到锁，则通过park将当 前线程挂起，等待被唤醒。如果t1被释放， 根据不同的策略（由QMode指定），从cxq或EntryList中获取头节点，通过 ObjectMonitor::ExitEpilog 方法唤醒该节点封装的线程，唤醒操作终由unpark完成，被唤醒的线程，继续执行monitor 的竞争。

当获取锁的线程释放后，EntryList中的线程和WaitSet中的线程被唤醒都可能去获取锁变成owner的拥有者。）

monitor竞争

1. 执行monitorenter时，会调用InterpreterRuntime.cpp (位于：src/share/vm/interpreter/interpreterRuntime.cpp) 的 InterpreterRuntime::monitorenter函 数。具体代码可参见HotSpot源码。

2.对于重量级锁，monitorenter函数中会调用 ObjectSynchronizer::slow_enter
3.终调用 ObjectMonitor::enter（位于：src/share/vm/runtime/objectMonitor.cpp），源码如下：

此处省略锁的自旋优化等操作，统一放在后面synchronzied优化中说。
以上代码的具体流程概括如下：

1. 通过CAS尝试把monitor的owner字段设置为当前线程。
2. 如果设置之前的owner指向当前线程，说明当前线程再次进入monitor，即重入锁，执行 recursions ++ ，记录重入的次数。
3. 如果当前线程是第一次进入该monitor，设置recursions为1，_owner为当前线程，该线程成功获 得锁并返回。
4. 如果获取锁失败，则等待锁的释放。

monitor等待

竞争失败等待调用的是ObjectMonitor对象的EnterI方法（位于： src/share/vm/runtime/objectMonitor.cpp），源码如下所示：

当该线程被唤醒时，会从挂起的点继续执行，通过 ObjectMonitor::TryLock 尝试获取锁，TryLock方 法实现如下：

以上代码的具体流程概括如下：

1. 当前线程被封装成ObjectWaiter对象node，状态设置成ObjectWaiter::TS_CXQ。
2. 在for循环中，通过CAS把node节点push到_cxq列表中，同一时刻可能有多个线程把自己的node 节点push到_cxq列表中。
3. node节点push到_cxq列表之后，通过自旋尝试获取锁，如果还是没有获取到锁，则通过park将当 前线程挂起，等待被唤醒。
4. 当该线程被唤醒时，会从挂起的点继续执行，通过 ObjectMonitor::TryLock 尝试获取锁。

monitor释放

当某个持有锁的线程执行完同步代码块时，会进行锁的释放，给其它线程机会执行同步代码，在 HotSpot中，通过退出monitor的方式实现锁的释放，并通知被阻塞的线程，具体实现位于 ObjectMonitor的exit方法中。（位于：src/share/vm/runtime/objectMonitor.cpp），源码如下所 示：

1. 退出同步代码块时会让_recursions减1，当_recursions的值减为0时，说明线程释放了锁。
2. 根据不同的策略（由QMode指定），从cxq或EntryList中获取头节点，通过 ObjectMonitor::ExitEpilog 方法唤醒该节点封装的线程，唤醒操作终由unpark完成，实现 如下：

被唤醒的线程，会回到 void ATTR ObjectMonitor::EnterI (TRAPS) 的第600行，继续执行monitor 的竞争。

monitor是重量级锁

可以看到ObjectMonitor的函数调用中会涉及到Atomic::cmpxchg_ptr，Atomic::inc_ptr等内核函数， 执行同步代码块，没有竞争到锁的对象会park()被挂起，竞争到锁的线程会unpark()唤醒。这个时候就 会存在操作系统用户态和内核态的转换，这种切换会消耗大量的系统资源。所以synchronized是Java语 言中是一个重量级(Heavyweight)的操作。 用户态和和内核态是什么东西呢？要想了解用户态和内核态还需要先了解一下Linux系统的体系架构：

从上图可以看出，Linux操作系统的体系架构分为：用户空间（应用程序的活动空间）和内核。
内核：本质上可以理解为一种软件，控制计算机的硬件资源，并提供上层应用程序运行的环境。
用户空间：上层应用程序活动的空间。应用程序的执行必须依托于内核提供的资源，包括CPU资源、存 储资源、I/O资源等。
系统调用：为了使上层应用能够访问到这些资源，内核必须为上层应用提供访问的接口：即系统调用。

所有进程初始都运行于用户空间，此时即为用户运行状态（简称：用户态）；但是当它调用系统调用执 行某些操作时，例如 I/O调用，此时需要陷入内核中运行，我们就称进程处于内核运行态（或简称为内 核态）。 系统调用的过程可以简单理解为：

1. 用户态程序将一些数据值放在寄存器中， 或者使用参数创建一个堆栈， 以此表明需要操作系统提供的服务。
2. 用户态程序执行系统调用。
3. CPU切换到内核态，并跳到位于内存指定位置的指令。
4. 系统调用处理器(system call handler)会读取程序放入内存的数据参数，并执行程序请求的服务。
5. 系统调用完成后，操作系统会重置CPU为用户态并返回系统调用的结果。
   由此可见用户态切换至内核态需要传递许多变量，同时内核还需要保护好用户态在切换时的一些寄存器值、变量等，以备内核态切换回用户态。这种切换就带来了大量的系统资源消耗，这就是在 synchronized未优化之前，效率低的原因。

第六章：JDK6 synchronized优化

CAS

目标

学习CAS的作用 学习CAS的原理

CAS概述和作用

CAS的全称是： Compare And Swap(比较相同再交换)。是现代CPU广泛支持的一种对内存中的共享数 据进行操作的一种特殊指令。
CAS的作用：CAS可以将比较和交换转换为原子操作，这个原子操作直接由CPU保证。CAS可以保证共 享变量赋值时的原子操作。CAS操作依赖3个值：内存中的值V，旧的预估值X，要修改的新值B，如果旧 的预估值X等于内存中的值V，就将新的值B保存到内存中。

CAS和volatile实现无锁并发

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;

/*
    目标:演示原子性问题
        1.定义一个共享变量number
        2.对number进行1000的++操作
        3.使用5个线程来进行
 */
public class Demo01 {
    // 1.定义一个共享变量number
    private static AtomicInteger atomicInteger = new AtomicInteger();
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        // 2.对number进行1000的++操作
        Runnable increment = () -> {
            for (int i = 0; i < 1000; i++) {
                atomicInteger.incrementAndGet(); // 变量赋值的原子性
            }
        };

        List<Thread> list = new ArrayList<>();
        // 3.使用5个线程来进行
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            Thread t = new Thread(increment);
            t.start();
            list.add(t);
        }

        for (Thread t : list) {
            t.join();
        }

        System.out.println("atomicInteger = " + atomicInteger.get());
    }
}
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CAS原理

通过刚才AtomicInteger的源码我们可以看到，Unsafe类提供了原子操作。

Unsafe类介绍

Unsafe类使Java拥有了像C语言的指针一样操作内存空间的能力，同时也带来了指针的问题。过度的使 用Unsafe类会使得出错的几率变大，因此Java官方并不建议使用的，官方文档也几乎没有。Unsafe对 象不能直接调用，只能通过反射获得。

Unsafe实现CAS

乐观锁和悲观锁

悲观锁从悲观的角度出发：
总是假设坏的情况，每次去拿数据的时候都认为别人会修改，所以每次在拿数据的时候都会上锁，这 样别人想拿这个数据就会阻塞。因此synchronized我们也将其称之为悲观锁。JDK中的ReentrantLock 也是一种悲观锁。性能较差！
乐观锁从乐观的角度出发:
总是假设好的情况，每次去拿数据的时候都认为别人不会修改，就算改了也没关系，再重试即可。所 以不会上锁，但是在更新的时候会判断一下在此期间别人有没有去修改这个数据，如何没有人修改则更 新，如果有人修改则重试。
CAS这种机制我们也可以将其称之为乐观锁。综合性能较好！

CAS获取共享变量时，为了保证该变量的可见性，需要使用volatile修饰。结合CAS和volatile可以 实现无锁并发，适用于竞争不激烈、多核 CPU 的场景下。 1. 因为没有使用 synchronized，所以线程不会陷入阻塞，这是效率提升的因素之一。 2. 但如果竞争激烈，可以想到重试必然频繁发生，反而效率会受影响。

小结

CAS的作用? Compare And Swap，CAS可以将比较和交换转换为原子操作，这个原子操作直接由处理 器保证。
CAS的原理？CAS需要3个值:内存地址V，旧的预期值A，要修改的新值B，如果内存地址V和旧的预期值 A相等就修改内存地址值为B

synchronized锁升级过程

高效并发是从JDK 5到JDK 6的一个重要改进，HotSpot虛拟机开发团队在这个版本上花费了大量的精力 去实现各种锁优化技术，包括偏向锁( Biased Locking )、轻量级锁( Lightweight Locking )和如适应性 自旋(Adaptive Spinning)、锁消除( Lock Elimination)、锁粗化( Lock Coarsening )等，这些技术都是为 了在线程之间更高效地共享数据，以及解决竞争问题，从而提高程序的执行效率。

无锁--》偏向锁--》轻量级锁–》重量级锁
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Java对象的布局

目标

学习Java对象的布局
术语参考: http://openjdk.java.net/groups/hotspot/docs/HotSpotGlossary.html 在JVM中，对象在内存中的布局分为三块区域：对象头、实例数据和对齐填充。如下图所示：

对象头

当一个线程尝试访问synchronized修饰的代码块时，它首先要获得锁，那么这个锁到底存在哪里呢？是 存在锁对象的对象头中的。
HotSpot采用instanceOopDesc和arrayOopDesc来描述对象头，arrayOopDesc对象用来描述数组类型。instanceOopDesc的定义的在Hotspot源码的 instanceOop.hpp 文件中，另外，arrayOopDesc 的定义对应 arrayOop.hpp 。

从instanceOopDesc代码中可以看到 instanceOopDesc继承自oopDesc，oopDesc的定义载Hotspot 源码中的 oop.hpp 文件中。

在普通实例对象中，oopDesc的定义包含两个成员，分别是 _mark 和 _metadata

_mark 表示对象标记、属于markOop类型，也就是接下来要讲解的Mark World，它记录了对象和锁有关的信息

_metadata 表示类元信息，类元信息存储的是对象指向它的类元数据(Klass)的首地址，其中Klass表示 普通指针、 _compressed_klass 表示压缩类指针。

对象头由两部分组成，一部分用于存储自身的运行时数据，称之为 Mark Word，另外一部分是类型指 针，及对象指向它的类元数据的指针。

Mark Word

Mark Word用于存储对象自身的运行时数据，如哈希码（HashCode）、GC分代年龄、锁状态标志、 线程持有的锁、偏向线程ID、偏向时间戳等等，占用内存大小与虚拟机位长一致。Mark Word对应的类 型是 markOop 。源码位于 markOop.hpp 中。

在64位虚拟机下，Mark Word是64bit大小的，其存储结构如下：

在32位虚拟机下，Mark Word是32bit大小的，其存储结构如下：

klass pointer

这一部分用于存储对象的类型指针，该指针指向它的类元数据，JVM通过这个指针确定对象是哪个类的 实例。该指针的位长度为JVM的一个字大小，即32位的JVM为32位，64位的JVM为64位。 如果应用的对 象过多，使用64位的指针将浪费大量内存，统计而言，64位的JVM将会比32位的JVM多耗费50%的内 存。为了节约内存可以使用选项**-XX:+UseCompressedOops** 开启指针压缩，其中，oop即ordinary object pointer普通对象指针。开启该选项后，下列指针将压缩至32位：

1. 每个Class的属性指针（即静态变量）
2. 每个对象的属性指针（即对象变量）
3. 普通对象数组的每个元素指针

当然，也不是所有的指针都会压缩，一些特殊类型的指针JVM不会优化，比如指向PermGen的Class对 象指针(JDK8中指向元空间的Class对象指针)、本地变量、堆栈元素、入参、返回值和NULL指针等。 对象头 = Mark Word + 类型指针（未开启指针压缩的情况下）
在32位系统中，Mark Word = 4 bytes，类型指针 = 4bytes，对象头 = 8 bytes = 64 bits；
在64位系统中，Mark Word = 8 bytes，类型指针 = 8bytes，对象头 = 16 bytes = 128bits；

实例数据

就是类中定义的成员变量。

对齐填充

对齐填充并不是必然存在的，也没有什么特别的意义，他仅仅起着占位符的作用，由于HotSpot VM的 自动内存管理系统要求对象起始地址必须是8字节的整数倍，换句话说，就是对象的大小必须是8字节的 整数倍。而对象头正好是8字节的倍数，因此，当对象实例数据部分没有对齐时，就需要通过对齐填充 来补全。

查看Java对象布局

<dependency>    
	<groupId>org.openjdk.jol</groupId>    
	<artifactId>jol-core</artifactId>    
	<version>0.9</version> 
</dependency>
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示例：以64bit虚拟机为例展示（默认开启指针压缩）

-XX:-UseCompressedOops关闭指针压缩

小结

Java对象由3部分组成，对象头，实例数据，对齐数据
对象头分成两部分：Mark World + Klass pointer

偏向锁

目标

学习偏向锁的原理和好处

什么是偏向锁

偏向锁是JDK 6中的重要引进，因为HotSpot作者经过研究实践发现，在大多数情况下，锁不仅不存在多线程竞争，而且总是由同一线程多次获得，为了让线程获得锁的代价更低，引进了偏向锁。
偏向锁的“偏”，就是偏心的“偏”、偏袒的“偏”，它的意思是这个锁会偏向于第一个获得它的线程，会在对 象头存储锁偏向的线程ID，以后该线程进入和退出同步块时只需要检查是否为偏向锁、锁标志位以及 ThreadID即可。

不过一旦出现多个线程竞争时必须撤销偏向锁，所以撤销偏向锁消耗的性能必须小于之前节省下来的 CAS原子操作的性能消耗，不然就得不偿失了。

偏向锁原理

当线程第一次访问同步块并获取锁时，偏向锁处理流程如下：

1.虚拟机将会把对象头中的标志位设为“01”，即偏向模式。

2.同时使用CAS操作把获取到这个锁的线程的ID记录在对象的Mark Word之中 ，如果CAS操作成功，持有偏向锁的线程以后每次进入这个锁相关的同步块时，虚拟机都可以不再进行任何同步操作，偏向锁的效率高。

偏向锁的撤销

1. 暂停拥有偏向锁的线程，判断锁对象是否处于被锁定状态
2. 偏向锁的撤销动作必须等待全局安全点
3. 撤销偏向锁，恢复到无锁（标志位为 01）或轻量级锁（标志位为 00）的状态

偏向锁在Java 6之后是默认启用的，但在应用程序启动几秒钟之后才激活，可以使用-XX:BiasedLockingStartupDelay=0 参数关闭延迟，如果确定应用程序中所有锁通常情况下处于竞争 状态，可以通过 XX:-UseBiasedLocking=false 参数关闭偏向锁。

偏向锁好处

偏向锁是在只有一个线程执行同步块时进一步提高性能，适用于一个线程反复获得同一锁的情况。偏向 锁可以提高带有同步但无竞争的程序性能。
它同样是一个带有效益权衡性质的优化，也就是说，它并不一定总是对程序运行有利，如果程序中大多 数的锁总是被多个不同的线程访问比如线程池，那偏向模式就是多余的。

在JDK5中偏向锁默认是关闭的，而到了JDK6中偏向锁已经默认开启。但在应用程序启动几秒钟之后才 激活，可以使用-XX:BiasedLockingStartupDelay=0 参数关闭延迟，如果确定应用程序中所有锁通常 情况下处于竞争状态，可以通过 XX:-UseBiasedLocking=false 参数关闭偏向锁。

偏向锁的升级

当线程1访问代码块并获取锁对象时，会在java对象头和栈帧中记录偏向的锁的threadID，因为偏向锁不会主动释放锁，因此以后线程1再次获取锁的时候，需要比较当前线程的threadID和Java对象头中的threadID是否一致，如果一致（还是线程1获取锁对象），则无需使用CAS来加锁、解锁；如果不一致（其他线程，如线程2要竞争锁对象，而偏向锁不会主动释放因此还是存储的线程1的threadID），那么需要查看Java对象头中记录的线程1是否存活，如果没有存活，那么锁对象被重置为无锁状态，其它线程（线程2）可以竞争将其设置为偏向锁；如果存活，那么立刻查找该线程（线程1）的栈帧信息，如果还是需要继续持有这个锁对象，那么暂停当前线程1，撤销偏向锁，然后线程1升级为轻量级锁，如果线程1 不再使用该锁对象，那么将锁对象状态设为无锁状态，重新偏向新的线程。

小结

偏向锁的原理是什么?

当锁对象第一次被线程获取的时候，虚拟机将会把对象头中的标志位设为“01”，即偏向模式。同时使用CAS操 作把获取到这个锁的线程的ID记录在对象的Mark Word之中 ，如果CAS操作成功，持有偏向锁的线程以后每 次进入这个锁相关的同步块时，虚拟机都可以不再进行任何同步操作，偏向锁的效率高。
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偏向锁的好处是什么?

偏向锁是在只有一个线程执行同步块时进一步提高性能，适用于一个线程反复获得同一锁的情况。偏向锁可以 提高带有同步但无竞争的程序性能。
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轻量级锁

目标

学习轻量级锁的原理和好处

什么是轻量级锁

轻量级锁是JDK 6之中加入的新型锁机制，它名字中的“轻量级”是相对于使用monitor的传统锁而言的， 因此传统的锁机制就称为“重量级”锁。首先需要强调一点的是，轻量级锁并不是用来代替重量级锁的。
引入轻量级锁的目的：在多线程交替执行同步块的情况下，尽量避免重量级锁引起的性能消耗，但是如 果多个线程在同一时刻进入临界区，会导致轻量级锁膨胀升级重量级锁，所以轻量级锁的出现并非是要 替代重量级锁。

轻量级锁原理

当关闭偏向锁功能或者多个线程竞争偏向锁导致偏向锁升级为轻量级锁，则会尝试获取轻量级锁，其步 骤如下： 获取锁
当锁对象第一次被线程获取的时候，虚拟机将会把对象头中的标志位设为“01”，即偏向模式。同时使用CAS操 作把获取到这个锁的线程的ID记录在对象的Mark Word之中 ，如果CAS操作成功，持有偏向锁的线程以后每 次进入这个锁相关的同步块时，虚拟机都可以不再进行任何同步操作，偏向锁的效率高。
偏向锁是在只有一个线程执行同步块时进一步提高性能，适用于一个线程反复获得同一锁的情况。偏向锁可以 提高带有同步但无竞争的程序性能。

1. 判断当前对象是否处于无锁状态（hashcode、0、01），如果是，则JVM首先将在当前线程的栈帧中建立一个名为锁记录（Lock Record）的空间，用于存储锁对象目前的Mark Word的拷贝（官方 把这份拷贝加了一个Displaced前缀，即Displaced Mark Word），将对象的Mark Word复制到栈 帧中的Lock Record中，将Lock Reocrd中的owner指向当前对象。
2. JVM利用CAS操作尝试将对象的Mark Word更新为指向Lock Record的指针，如果成功表示竞争到锁，则将锁标志位变成00，执行同步操作。
3. 如果失败则判断当前对象的Mark Word是否指向当前线程的栈帧，如果是则表示当前线程已经持 有当前对象的锁，则直接执行同步代码块；否则只能说明该锁对象已经被其他线程抢占了，这时轻量级锁需要膨胀为重量级锁，锁标志位变成10，后面等待的线程将会进入阻塞状态。

轻量级锁什么时候升级为重量级锁？

线程1获取轻量级锁时会先把锁对象的对象头MarkWord复制一份到线程1的栈帧中创建的用于存储锁记录的空间（称为DisplacedMarkWord），然后使用CAS把对象头中的内容替换为线程1存储的锁记录（DisplacedMarkWord）的地址；

如果在线程1复制对象头的同时（在线程1CAS之前），线程2也准备获取锁，复制了对象头到线程2的锁记录空间中，但是在线程2CAS的时候，发现线程1已经把对象头换了，线程2的CAS失败，那么线程2就尝试使用自旋锁来等待线程1释放锁。

但是如果自旋的时间太长也不行，因为自旋是要消耗CPU的，因此自旋的次数是有限制的，比如10次或者100次，如果自旋次数到了线程1还没有释放锁，或者线程1还在执行，线程2还在自旋等待，这时又有一个线程3过来竞争这个锁对象，那么这个时候轻量级锁就会膨胀为重量级锁。重量级锁把除了拥有锁的线程都阻塞，防止CPU空转。

注意：为了避免无用的自旋，轻量级锁一旦膨胀为重量级锁就不会再降级为轻量级锁了；偏向锁升级为轻量级锁也不能再降级为偏向锁。一句话就是锁可以升级不可以降级，但是偏向锁状态可以被重置为无锁状态。

写的方法进入栈中执行，一个进入栈中的方法就是栈帧。

轻量级锁的释放

轻量级锁的释放也是通过CAS操作来进行的，主要步骤如下：

1. 取出在获取轻量级锁保存在Displaced Mark Word中的数据。
2. 用CAS操作将取出的数据替换当前对象的Mark Word中，如果成功，则说明释放锁成功。
3. 如果CAS操作替换失败，说明有其他线程尝试获取该锁，则需要将轻量级锁需要膨胀升级为重量级 锁。

对于轻量级锁，其性能提升的依据是“对于绝大部分的锁，在整个生命周期内都是不会存在竞争的”，如 果打破这个依据则除了互斥的开销外，还有额外的CAS操作，因此在有多线程竞争的情况下，轻量级锁 比重量级锁更慢。

轻量级锁好处

在多线程交替执行同步块的情况下，可以避免重量级锁引起的性能消耗。 小结

轻量级锁的原理是什么？

将对象的Mark Word复制到栈帧中的Lock Recod中。Mark Word更新为指向Lock Record的指针。
轻量级锁好处是什么？

在多线程交替执行同步块的情况下，可以避免重量级锁引起的性能消耗
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自旋锁

目标

学习自旋锁原理

自旋锁原理

synchronized (Demo01.class) {  
    ...    
	System.out.println("aaa"); 
}
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前面我们讨论monitor实现锁的时候，知道monitor会阻塞和唤醒线程，线程的阻塞和唤醒需要CPU从 用户态转为核心态，频繁的阻塞和唤醒对CPU来说是一件负担很重的工作，这些操作给系统的并发性能 带来了很大的压力。同时，虚拟机的开发团队也注意到在许多应用上，共享数据的锁定状态只会持续很 短的一段时间，为了这段时间阻塞和唤醒线程并不值得。如果物理机器有一个以上的处理器，能让两个 或以上的线程同时并行执行，我们就可以让后面请求锁的那个线程“稍等一下”，但不放弃处理器的执行 时间，看看持有锁的线程是否很快就会释放锁。为了让线程等待，我们只需让线程执行一个忙循环(自 旋) , 这项技术就是所谓的自旋锁。

自旋锁在JDK 1.4.2中就已经引入 ，只不过默认是关闭的，可以使用-XX:+UseSpinning参数来开启，在 JDK 6中 就已经改为默认开启了。自旋等待不能代替阻塞，且先不说对处理器数量的要求，自旋等待本 身虽然避免了线程切换的开销，但它是要占用处理器时间的，因此，如果锁被占用的时间很短，自旋等 待的效果就会非常好，反之，如果锁被占用的时间很长。那么自旋的线程只会白白消耗处理器资源，而 不会做任何有用的工作，反而会带来性 能上的浪费。因此，自旋等待的时间必须要有一定的限度，如果在多线程交替执行同步块的情况下，可以避免重量级锁引起的性能消耗。自旋超过了限定的次数仍然没有成功获得锁，就应当使用传统的方式去挂起线程了。自旋次数的默认值 是10次，用户可以使用参数-XX : PreBlockSpin来更改。

适应性自旋锁

在JDK 6中引入了自适应的自旋锁。自适应意味着自旋的时间不再固定了，而是由前一次在同一个锁上 的自旋时间及锁的拥有者的状态来决定。如果在同一个锁对象上，自旋等待刚刚成功获得过锁，并且持 有锁的线程正在运行中，那么虚拟机就会认为这次自旋也很有可能再次成功，进而它将允许自旋等待持 续相对更长的时间，比如100次循环。另外，如果对于某个锁，自旋很少成功获得过，那在以后要获取 这个锁时将可能省略掉自旋过程，以避免浪费处理器资源。有了自适应自旋，随着程序运行和性能监控 信息的不断完善，虚拟机对程序锁的状况预测就会越来越准确，虛拟机就会变得越来越“聪明”了。

锁消除

目标

学习如何进行锁消除

锁消除是指虚拟机即时编译器（JIT）在运行时，对一些代码上要求同步，但是被检测到不可能存在共享 数据竞争的锁进行消除。锁消除的主要判定依据来源于逃逸分析的数据支持，如果判断在一段代码中， 堆上的所有数据都不会逃逸出去从而被其他线程访问到，那就可以把它们当做栈上数据对待，认为它们 是线程私有的，同步加锁自然就无须进行。变量是否逃逸，对于虚拟机来说需要使用数据流分析来确 定，但是程序员自己应该是很清楚的，怎么会在明知道不存在数据争用的情况下要求同步呢?实际上有 许多同步措施并不是程序员自己加入的，同步的代码在Java程序中的普遍程度也许超过了大部分读者的 想象。下面这段非常简单的代码仅仅是输出3个字符串相加的结果，无论是源码字面上还是程序语义上 都没有同步。

public class Demo01 {
    public static void main(String[] args) {
        contactString("aa", "bb", "cc");
    }

    public static String contactString(String s1, String s2, String s3) {
        return new StringBuffer().append(s1).append(s2).append(s3).toString();
    }
}
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StringBuffer的append ( ) 是一个同步方法，锁就是this也就是(new StringBuilder())。虚拟机发现它的 动态作用域被限制在concatString( )方法内部。也就是说, new StringBuilder()对象的引用永远不会“逃 逸”到concatString ( )方法之外，其他线程无法访问到它，因此，虽然这里有锁，但是可以被安全地消除 掉，在即时编译之后，这段代码就会忽略掉所有的同步而直接执行了。

锁粗化

目标

学习锁粗化的原理

public class Demo01 {
    public static void main(String[] args) {
        // synchronized (Demo01.class) {
        //     System.out.println("aaa");
        // }
        StringBuffer sb = new StringBuffer();
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            sb.append("aa");
        }
        System.out.println(sb.toString());
    }
}
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原则上，我们在编写代码的时候，总是推荐将同步块的作用范围限制得尽量小，只在共享数据的实际作 用域中才进行同步，这样是为了使得需要同步的操作数量尽可能变小，如果存在锁竞争，那等待锁的线 程也能尽快拿到锁。大部分情况下，上面的原则都是正确的，但是如果一系列的连续操作都对同一个对 象反复加锁和解锁，甚至加锁操作是出现在循环体中的，那即使没有线程竞争，频繁地进行互斥同步操 作也会导致不必要的性能损耗。

小结

什么是锁粗化？

JVM会探测到一连串细小的操作都使用同一个对象加锁，将同步代码块的范围放大，放到这串操作的外面，这样只需要加一次锁即可。

平时写代码如何对synchronized优化

减少synchronized的范围

同步代码块中尽量短，减少同步代码块中代码的执行时间，减少锁的竞争。

 synchronized (Demo01.class) {
     System.out.println("aaa");
 }
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降低synchronized锁的粒度

将一个锁拆分为多个锁提高并发度

public static void main(String[] args) {
    Hashtable hs = new Hashtable();
    hs.put("aa", "bb");
    hs.put("xx", "yy");
    hs.get("a");
    hs.remove("b");
}
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读写分离

读取时不加锁，写入和删除时加锁
ConcurrentHashMap，CopyOnWriteArrayList和ConyOnWriteSet

Lock接口的使用

既然有了synchronized，为啥还要提供Lock接口呢？也许你会说Lock接口比synchronized性能高。在jdk1.5之前确实如此，但是在jdk1.6之后，两者性能差不多了。直接来看Lock接口的定义，看看比synchronized多了哪些功能？

public interface Lock {

    // 加锁
    void lock();
    // 能够响应中断
    void lockInterruptibly() throws InterruptedException;
    // 非阻塞获取锁
    boolean tryLock();
    // 非阻塞超时获取锁
    boolean tryLock(long time, TimeUnit unit) throws InterruptedException;
    // 解锁
    void unlock();
    // 定义阻塞条件
    Condition newCondition();
}
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可以看到Lock接口相比synchronized多了很多特性，详细解释一下方法

1. lock()方法，用来获取锁，如果锁被其他线程获得则进行等待，需要和unlock方法配合主动释放锁。发生异常时，不会主动释放锁，所以释放锁的操作放在finally块中
2. lockInterruptibly()方法，当通过这个方法去获取锁时，如果线程正在等待获取锁，则这个线程能够响应中断，即中断线程的等待状态。也就使说，当两个线程同时通过lock.lockInterruptibly()想获取某个锁时，假若此时线程A获取到了锁，而线程B只有在等待，那么对线程B调用threadB.interrupt()方法能够中断线程B的等待过程
3. tryLock()方法，用来尝试获取锁，如果获取成功，则返回true。如果获取失败则返回false。也就说这个方法无论如何都会立即返回。在拿不到锁时不会一直在那等待
4. tryLock(long time, TimeUnit unit)方法，和tryLock()类似。只不过区别在于这个方法在拿不到锁时会等待一定的时间，在时间期限之内如果还拿不到锁，就返回false。如果一开始拿到锁或者在等待期间内拿到了锁，则返回true
5. unlock()方法，解锁
6. newCondition()方法，定义条件

其余的应该都很好理解，演示一下lockInterruptibly()和newCondition()方法

lockInterruptibly()方法

ReentrantLock myLock = new ReentrantLock();
// 先获取一次锁，让后续获取锁的操作阻塞
myLock.lock();
Thread thread = new Thread(() -> {
    try {
        // myLock.lock();
        myLock.lockInterruptibly();
    } catch (Exception e) {
        e.printStackTrace();
    } finally {
        // 当使用myLock.lockInterruptibly()时
        // 会抛出java.lang.InterruptedException，打印over
        // 使用myLock.lock()，一直阻塞获取锁，不会打印over
        System.out.println("over");
    }
});
thread.start();
TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
thread.interrupt();
TimeUnit.SECONDS.sleep(100);
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Condition的使用

synchronized与wait()和nitofy()/notifyAll()方法相结合可以实现等待/通知模型，ReentrantLock同样可以，但是需要借助Condition，且Condition有更好的灵活性，具体体现在

1. 一个Lock里面可以创建多个Condition实例，实现多路通知
2. notify()方法进行通知时，被通知的线程时Java虚拟机随机选择的，但是ReentrantLock结合Condition可以实现有选择性地通知

public class WaitNotify {

    static ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
    static Condition conditionA  = lock.newCondition();
    static Condition conditionB = lock.newCondition();

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread waitThreadA = new Thread(new WaitA(), "WaitThreadA");
        waitThreadA.start();
        Thread waitThreadB = new Thread(new WaitB(), "WaitThreadB");
        waitThreadB.start();
        TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
        lock.lock();
        try {
            conditionA.signal();
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }

    static class WaitA implements Runnable {

        @Override
        public void run() {
            lock.lock();
            try {
                System.out.println(Thread.currentThread() + " begin await @ "
                        + new SimpleDateFormat("HH:mm:ss").format(new Date()));
                conditionA.await();
                System.out.println(Thread.currentThread() + " end await @ "
                        + new SimpleDateFormat("HH:mm:ss").format(new Date()));
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            } finally {
                lock.unlock();
            }
        }
    }

    static class WaitB implements Runnable {

        @Override
        public void run() {
            lock.lock();
            try {
                System.out.println(Thread.currentThread() + " begin await @ "
                        + new SimpleDateFormat("HH:mm:ss").format(new Date()));
                conditionB.await();
                System.out.println(Thread.currentThread() + " end await @ "
                        + new SimpleDateFormat("HH:mm:ss").format(new Date()));
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            } finally {
                lock.unlock();
            }
        }
    }
}
Thread[WaitThreadA,5,main] begin await @ 00:49:57
Thread[WaitThreadB,5,main] begin await @ 00:49:57
Thread[WaitThreadA,5,main] end await @ 00:49:59
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WaitThreadB因为没有被通知，一直阻塞

最后总结一波，synchronized和ReentrantLock的异同

1. ReentrantLock支持非阻塞的方式获取锁，能够响应中断，而synchronized不行
2. ReentrantLock必须手动获取和释放锁，而synchronized不需要
3. ReentrantLock可以是公平锁或者非公平锁，而synchronized只能是非公平锁
4. synchronized在发生异常的时候，会自动释放线程占有的锁，而ReentrantLock在发生异常时，如果没有通过unlock去释放锁，很有可能造成死锁，因此需要在finally块中释放锁
5. synchronized和ReentrantLock都是可重入锁

ReentrantLock

在开始本篇文章的内容讲述前，先来回答我一个问题，为什么 JDK 提供一个 synchronized 关键字之后还要提供一个 Lock 锁，这不是多此一举吗？难道 JDK 设计人员都是沙雕吗？

我听过一句话非常的经典，也是我认为是每个人都应该了解的一句话：你以为的并不是你以为的。明白什么意思么？不明白的话，加我微信我告诉你。

初识 ReentrantLock

ReentrantLock 位于 java.util.concurrent.locks 包下，它实现了 Lock 接口和 Serializable 接口。

ReentrantLock 是一把可重入锁和互斥锁，它具有与 synchronized 关键字相同的含有隐式监视器锁（monitor）的基本行为和语义，但是它比 synchronized 具有更多的方法和功能。

ReentrantLock 基本方法

构造方法

ReentrantLock 类中带有两个构造函数，一个是默认的构造函数，不带任何参数；一个是带有 fair 参数的构造函数

public ReentrantLock() {
  sync = new NonfairSync();
}

public ReentrantLock(boolean fair) {
  sync = fair ? new FairSync() : new NonfairSync();
}
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第二个构造函数也是判断 ReentrantLock 是否是公平锁的条件，如果 fair 为 true，则会创建一个公平锁的实现，也就是 new FairSync()，如果 fair 为 false，则会创建一个 非公平锁的实现，也就是 new NonfairSync()，默认的情况下创建的是非公平锁

// 创建的是公平锁
private ReentrantLock lock = new ReentrantLock(true);

// 创建的是非公平锁
private ReentrantLock lock = new ReentrantLock(false);

// 默认创建非公平锁
private ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
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FairSync 和 NonfairSync 都是 ReentrantLock 的内部类，继承于 Sync 类，下面来看一下它们的继承结构，便于梳理。

abstract static class Sync extends AbstractQueuedSynchronizer {...}

static final class FairSync extends Sync {...}
  
static final class NonfairSync extends Sync {...}
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在多线程尝试加锁时，如果是公平锁，那么锁获取的机会是相同的。否则，如果是非公平锁，那么 ReentrantLock 则不会保证每个锁的访问顺序。

下面是一个公平锁的实现

public class MyFairLock extends Thread{

    private ReentrantLock lock = new ReentrantLock(true);
    public void fairLock(){
        try {
            lock.lock();
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()  + "正在持有锁");
        }finally {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()  + "释放了锁");
            lock.unlock();
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        MyFairLock myFairLock = new MyFairLock();
        Runnable runnable = () -> {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "启动");
            myFairLock.fairLock();
        };
        Thread[] thread = new Thread[10];
        for(int i = 0;i < 10;i++){
            thread[i] = new Thread(runnable);
        }
        for(int i = 0;i < 10;i++){
            thread[i].start();
        }
    }
}
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不信？不信你输出试试啊！懒得输出？就知道你懒得输出，所以直接告诉你结论吧，结论就是自己试。

试完了吗？试完了我是不会让你休息的，过来再试一下非公平锁的测试和结论，知道怎么试吗？上面不是讲过要给 ReentrantLock 传递一个参数的吗？你想，传 true 的时候是公平锁，那么反过来不就是非公平锁了？其他代码还用改吗？不需要了啊。

明白了吧，再来测试一下非公平锁的流程，看看是不是你想要的结果。

公平锁的加锁（lock）流程详解

通常情况下，使用多线程访问公平锁的效率会非常低（通常情况下会慢很多），但是 ReentrantLock 会保证每个线程都会公平的持有锁，线程饥饿的次数比较小。锁的公平性并不能保证线程调度的公平性。

此时如果你想了解更多的话，那么我就从源码的角度跟你聊聊如何 ReentrantLock 是如何实现这两种锁的。

如上图所示，公平锁的加锁流程要比非公平锁的加锁流程简单，下面要聊一下具体的流程了，请小伙伴们备好板凳。

下面先看一张流程图，这张图是 acquire 方法的三条主要流程

首先是第一条路线，tryAcquire 方法，顾名思义尝试获取，也就是说可以成功获取锁，也可以获取锁失败。

使用 ctrl+左键 点进去是调用 AQS 的方法，但是 ReentrantLock 实现了 AQS 接口，所以调用的是 ReentrantLock 的 tryAcquire 方法；

首先会取得当前线程，然后去读取当前锁的同步状态，还记得锁的四种状态吗？分别是 无锁、偏向锁、轻量级锁和重量级锁，如果你不是很明白的话，请参考博主这篇文章（不懂什么是锁？看看这篇你就明白了），如果判断同步状态是 0 的话，就证明是无锁的，参考下面这幅图( 1bit 表示的是是否偏向锁 )

如果是无锁（也就是没有加锁），说明是第一次上锁，首先会先判断一下队列中是否有比当前线程等待时间更长的线程（hasQueuedPredecessors）；然后通过 CAS 方法原子性的更新锁的状态，CAS 方法更新的要求涉及三个变量，currentValue(当前线程的值)，expectedValue(期望更新的值)，updateValue(更新的值)，它们的更新如下

if(currentValue == expectedValue){
  currentValue = updateValue
}
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CAS 通过 C 底层机制保证原子性，这个你不需要考虑它。如果既没有排队的线程而且使用 CAS 方法成功的把 0 -> 1 （偏向锁），那么当前线程就会获得偏向锁，记录获取锁的线程为当前线程。

然后我们看 else if 逻辑，如果读取的同步状态是1，说明已经线程获取到了锁，那么就先判断当前线程是不是获取锁的线程，如果是的话，记录一下获取锁的次数 + 1，也就是说，只有同步状态为 0 的时候是无锁状态。如果当前线程不是获取锁的线程，直接返回 false。

acquire 方法会先查看同步状态是否获取成功，如果成功则方法结束返回，也就是 !tryAcquire == false ，若失败则先调用 addWaiter 方法再调用 acquireQueued 方法

然后看一下第二条路线 addWaiter

这里首先把当前线程和 Node 的节点类型进行封装，Node 节点的类型有两种，EXCLUSIVE 和 SHARED ，前者为独占模式，后者为共享模式，具体的区别我们会在 AQS 源码讨论，这里读者只需要知道即可。

首先会进行 tail 节点的判断，有没有尾节点，其实没有头节点也就相当于没有尾节点，如果有尾节点，就会原子性的将当前节点插入同步队列中，再执行 enq 入队操作，入队操作相当于原子性的把节点插入队列中。

如果当前同步队列尾节点为null，说明当前线程是第一个加入同步队列进行等待的线程。

在看第三条路线 acquireQueued

主要会有两个分支判断，首先会进行无限循环中，循环中每次都会判断给定当前节点的先驱节点，如果没有先驱节点会直接抛出空指针异常，直到返回 true。

然后判断给定节点的先驱节点是不是头节点，并且当前节点能否获取独占式锁，如果是头节点并且成功获取独占锁后，队列头指针用指向当前节点，然后释放前驱节点。如果没有获取到独占锁，就会进入 shouldParkAfterFailedAcquire 和 parkAndCheckInterrupt 方法中，我们贴出这两个方法的源码

shouldParkAfterFailedAcquire 方法主要逻辑是使用compareAndSetWaitStatus(pred, ws, Node.SIGNAL)使用CAS将节点状态由 INITIAL 设置成 SIGNAL，表示当前线程阻塞。当 compareAndSetWaitStatus 设置失败则说明 shouldParkAfterFailedAcquire 方法返回 false，然后会在 acquireQueued 方法中死循环中会继续重试，直至compareAndSetWaitStatus 设置节点状态位为 SIGNAL 时 shouldParkAfterFailedAcquire 返回 true 时才会执行方法 parkAndCheckInterrupt 方法。（这块在后面研究 AQS 会细讲）

parkAndCheckInterrupt 该方法的关键是会调用 LookSupport.park 方法（关于LookSupport会在以后的文章进行讨论），该方法是用来阻塞当前线程。

所以 acquireQueued 主要做了两件事情：如果当前节点的前驱节点是头节点，并且能够获取独占锁，那么当前线程能够获得锁该方法执行结束退出

如果获取锁失败的话，先将节点状态设置成 SIGNAL，然后调用 LookSupport.park 方法使得当前线程阻塞。

如果 !tryAcquire 和 acquireQueued 都为 true 的话，则打断当前线程。

那么它们的主要流程如下（注：只是加锁流程，并不是 lock 所有流程）

非公平锁的加锁（lock）流程详解

非公平锁的加锁步骤和公平锁的步骤只有两处不同，一处是非公平锁在加锁前会直接使用 CAS 操作设置同步状态，如果设置成功，就会把当前线程设置为偏向锁的线程；一处是 CAS 操作失败执行 tryAcquire 方法，读取线程同步状态，如果未加锁会使用 CAS 再次进行加锁，不会等待 hasQueuedPredecessors 方法的执行，达到只要线程释放锁就会加锁的目的。下面通过源码和流程图来详细理解

这是非公平锁和公平锁不同的两处地方，下面是非公平锁的加锁流程图

lockInterruptibly 以可中断的方式获取锁

以下是 JavaDoc 官方解释：

lockInterruptibly 的中文意思为如果没有被打断，则获取锁。如果没有其他线程持有该锁，则获取该锁并立即返回，将锁保持计数设置为1。如果当前线程已经持有锁，那么此方法会立刻返回并且持有锁的数量会 + 1。如果锁是由另一个线程持有的，则出于线程调度目的，当前线程将被禁用，并处于休眠状态，直到发生以下两种情况之一

• 锁被当前线程持有
• 一些其他线程打断了当前线程

如果当前线程获取了锁，则锁保持计数将设置为1。

如果当前线程发生了如下情况：

• 在进入此方法时设置了其中断状态
• 当获取锁的时候发生了中断（Thread.interrupt）

那么当前线程就会抛出InterruptedException 并且当前线程的中断状态会清除。

下面看一下它的源码是怎么写的

首先会调用 acquireInterruptibly 这个方法，判断当前线程是否被中断，如果中断抛出异常，没有中断则判断公平锁/非公平锁 是否已经获取锁，如果没有获取锁（tryAcquire 返回 false）则调用 doAcquireInterruptibly 方法，这个方法和 acquireQueued 方法没什么区别，就是线程在等待状态的过程中，如果线程被中断，线程会抛出异常。

下面是它的流程图

tryLock 尝试加锁

仅仅当其他线程没有获取这把锁的时候获取这把锁，tryLock 的源代码和非公平锁的加锁流程基本一致，它的源代码如下

tryLock 超时获取锁

ReentrantLock除了能以中断的方式去获取锁，还可以以超时等待的方式去获取锁，所谓超时等待就是线程如果在超时时间内没有获取到锁，那么就会返回false，而不是一直死循环获取。可以使用 tryLock 和 tryLock(timeout, unit)) 结合起来实现公平锁，像这样

if (lock.tryLock() || lock.tryLock(timeout, unit)) {...}
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如果超过了指定时间，则返回值为 false。如果时间小于或者等于零，则该方法根本不会等待。

它的源码如下

首先需要了解一下 TimeUnit 工具类，TimeUnit 表示给定粒度单位的持续时间，并且提供了一些用于时分秒跨单位转换的方法，通过使用这些方法进行定时和延迟操作。

toNanos 用于把 long 型表示的时间转换成为纳秒，然后判断线程是否被打断，如果没有打断，则以公平锁/非公平锁 的方式获取锁，如果能够获取返回true，获取失败则调用doAcquireNanos方法使用超时等待的方式获取锁。在超时等待获取锁的过程中，如果等待时间大于应等待时间，或者应等待时间设置不合理的话，返回 false。

这里面以超时的方式获取锁也可以画一张流程图如下

unlock 解锁流程

unlock 和 lock 是一对情侣，它们分不开彼此，在调用 lock 后必须通过 unlock 进行解锁。如果当前线程持有锁，在调用 unlock 后，count 计数将减少。如果保持计数为0就会进行解锁。如果当前线程没有持有锁，在调用 unlock 会抛出 IllegalMonitorStateException 异常。下面是它的源码

在有了上面阅读源码的经历后，相信你会很快明白这段代码的意思，锁的释放不会区分公平锁还是非公平锁，主要的判断逻辑就是 tryRelease 方法，getState 方法会取得同步锁的重入次数，如果是获取了偏向锁，那么可能会多次获取，state 的值会大于 1，这时候 c 的值 > 0 ，返回 false，解锁失败。如果 state = 1，那么 c = 0，再判断当前线程是否是独占锁的线程，释放独占锁，返回 true，当 head 指向的头结点不为 null，并且该节点的状态值不为0的话才会执行 unparkSuccessor 方法，再进行锁的获取。

ReentrantLock 其他方法

isHeldByCurrentThread & getHoldCount

在多线程同时访问时，ReentrantLock 由最后一次成功锁定的线程拥有，当这把锁没有被其他线程拥有时，线程调用 lock() 方法会立刻返回并成功获取锁。如果当前线程已经拥有锁，这个方法会立刻返回。可以通过 isHeldByCurrentThread 和 getHoldCount 来进行检查。

首先来看 isHeldByCurrentThread 方法

public boolean isHeldByCurrentThread() {
  return sync.isHeldExclusively();
}
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根据方法名可以略知一二，是否被当前线程持有，它用来询问锁是否被其他线程拥有，这个方法和 Thread.holdsLock(Object) 方法内置的监视器锁相同，而 Thread.holdsLock(Object) 是 Thread 类的静态方法，是一个 native 类，它表示的意思是如果当前线程在某个对象上持有 monitor lock(监视器锁) 就会返回 true。这个类没有实际作用，仅仅用来测试和调试所用。例如

private ReentrantLock lock = new ReentrantLock();

public void lock(){
  assert lock.isHeldByCurrentThread();
}
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这个方法也可以确保重入锁能够表现出不可重入的行为

private ReentrantLock lock = new ReentrantLock();

public void lock(){
  assert !lock.isHeldByCurrentThread();
  lock.lock();
  try {
    // 执行业务代码
  }finally {
    lock.unlock();
  }
}
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如果当前线程持有锁则 lock.isHeldByCurrentThread() 返回 true，否则返回 false。

我们在了解它的用法后，看一下它内部是怎样实现的，它内部只是调用了一下 sync.isHeldExclusively()，sync 是 ReentrantLock 的一个静态内部类，基于 AQS 实现，而 AQS 它是一种抽象队列同步器，是许多并发实现类的基础，例如 ReentrantLock/Semaphore/CountDownLatch。sync.isHeldExclusively() 方法如下

protected final boolean isHeldExclusively() {
  return getExclusiveOwnerThread() == Thread.currentThread();
}
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此方法会在拥有锁之前先去读一下状态，如果当前线程是锁的拥有者，则不需要检查。

getHoldCount()方法和isHeldByCurrentThread 都是用来检查线程是否持有锁的方法，不同之处在于 getHoldCount() 用来查询当前线程持有锁的数量，对于每个未通过解锁操作匹配的锁定操作，线程都会保持锁定状态，这个方法也通常用于调试和测试，例如

private ReentrantLock lock = new ReentrantLock();

public void lock(){
  assert lock.getHoldCount() == 0;
  lock.lock();
  try {
    // 执行业务代码
  }finally {
    lock.unlock();
  }
}
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这个方法会返回当前线程持有锁的次数，如果当前线程没有持有锁，则返回0。

newCondition 创建 ConditionObject 对象

ReentrantLock 可以通过 newCondition 方法创建 ConditionObject 对象，而 ConditionObject 实现了 Condition 接口，关于 Condition 的用法我们后面再讲。

isLocked 判断是否锁定

查询是否有任意线程已经获取锁，这个方法用来监视系统状态，而不是用来同步控制，很简单，直接判断 state 是否等于0。

isFair 判断是否是公平锁的实例

这个方法也比较简单，直接使用 instanceof 判断是不是 FairSync 内部类的实例

public final boolean isFair() {
  return sync instanceof FairSync;
}
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getOwner 判断锁拥有者

判断同步状态是否为0，如果是0，则没有线程拥有锁，如果不是0，直接返回获取锁的线程。

final Thread getOwner() {
  return getState() == 0 ? null : getExclusiveOwnerThread();
}
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hasQueuedThreads 是否有等待线程

判断是否有线程正在等待获取锁，如果头节点与尾节点不相等，说明有等待获取锁的线程。

public final boolean hasQueuedThreads() {
  return head != tail;
}
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isQueued 判断线程是否排队

判断给定的线程是否正在排队，如果正在排队，返回 true。这个方法会遍历队列，如果找到匹配的线程，返回true

public final boolean isQueued(Thread thread) {
  if (thread == null)
    throw new NullPointerException();
  for (Node p = tail; p != null; p = p.prev)
    if (p.thread == thread)
      return true;
  return false;
}
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getQueueLength 获取队列长度

此方法会返回一个队列长度的估计值，该值只是一个估计值，因为在此方法遍历内部数据结构时，线程数可能会动态变化。 此方法设计用于监视系统状态，而不用于同步控制。

public final int getQueueLength() {
  int n = 0;
  for (Node p = tail; p != null; p = p.prev) {
    if (p.thread != null)
      ++n;
  }
  return n;
}
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getQueuedThreads 获取排队线程

返回一个包含可能正在等待获取此锁的线程的集合。 因为实际的线程集在构造此结果时可能会动态更改，所以返回的集合只是一个大概的列表集合。 返回的集合的元素没有特定的顺序。

public final Collection<Thread> getQueuedThreads() {
  ArrayList<Thread> list = new ArrayList<Thread>();
  for (Node p = tail; p != null; p = p.prev) {
    Thread t = p.thread;
    if (t != null)
      list.add(t);
  }
  return list;
}
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回答上面那个问题

那么你看完源码分析后，你能总结出 synchronized 和 lock 锁的实现 ReentrantLock 有什么异同吗？

Synchronzied 和 Lock 的主要区别如下：

• 存在层面：Syncronized 是Java 中的一个关键字，存在于 JVM 层面，Lock 是 Java 中的一个接口

• 锁的释放条件：1. 获取锁的线程执行完同步代码后，自动释放；2. 线程发生异常时，JVM会让线程释放锁；Lock 必须在 finally 关键字中释放锁，不然容易造成线程死锁

• 锁的获取: 在 Syncronized 中，假设线程 A 获得锁，B 线程等待。如果 A 发生阻塞，那么 B 会一直等待。在 Lock 中，会分情况而定，Lock 中有尝试获取锁的方法，如果尝试获取到锁，则不用一直等待

• 锁的状态：Synchronized 无法判断锁的状态，Lock 则可以判断

• 锁的类型：Synchronized 是可重入，不可中断，非公平锁；Lock 锁则是 可重入，可判断，可公平锁

• 锁的性能：Synchronized 适用于少量同步的情况下，性能开销比较大。Lock 锁适用于大量同步阶段：

  Lock 锁可以提高多个线程进行读的效率(使用 readWriteLock)

• 在竞争不是很激烈的情况下，Synchronized的性能要优于ReetrantLock，但是在资源竞争很激烈的情况下，Synchronized的性能会下降几十倍，但是ReetrantLock的性能能维持常态；

• ReetrantLock 提供了多样化的同步，比如有时间限制的同步，可以被Interrupt的同步（synchronized的同步是不能Interrupt的）等

• Synchronized和实现Lock接口的都是悲观锁

还有什么要说的吗

面试官可能还会问你 ReentrantLock 的加锁流程是怎样的，其实如果你能把源码给他讲出来的话，一定是高分。如果你记不住源码流程的话可以记住下面这个简化版的加锁流程

• 如果 lock 加锁设置成功，设置当前线程为独占锁的线程；

• 如果 lock 加锁设置失败，还会再尝试获取一次锁数量，

  如果锁数量为0，再基于 CAS 尝试将 state（锁数量）从0设置为1一次，如果设置成功，设置当前线程为独占锁的线程；

  如果锁数量不为0或者上边的尝试又失败了，查看当前线程是不是已经是独占锁的线程了，如果是，则将当前的锁数量+1；如果不是，则将该线程封装在一个Node内，并加入到等待队列中去。等待被其前一个线程节点唤醒。

3、创建线程的方式

1.继承Thread类

class ThreadDemo1 extends Thread{

    @Override
    public  void run(){
        System.out.println("通过extendsThread来创建线程");
    }
}

public class ThreadDemo{
    public static void main(String[] args) {
        ThreadDemo1 threadDemo1 = new ThreadDemo1();
        threadDemo1.start();
    }

}

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2.实现Runnable接口创建线程

class MyThread implements Runnable{

    @Override
    public void run() {
        System.out.println("实现Runnable接口创建线程");
    }
}

public class ThreadDemo02 {
    public static void main(String[] args) {
        MyThread myThread = new MyThread();
        Thread thread = new Thread(myThread);
        thread.start();
    }
}

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3.通过实现Callable接口创建线程

import java.util.concurrent.Callable;
import java.util.concurrent.ExecutionException;
import java.util.concurrent.FutureTask;

//通过实现Callable接口创建线程
class MyThread02 implements Callable{

    @Override
    public Object call() throws Exception {
        int sum=0;
        for (int i = 1; i <100 ; i++) {
            if (i%2==0){
                System.out.println(i);
                sum+=i;
            }
        }
        return sum;
    }
}

public class ThreadDemo03 {
    public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
        MyThread02 myThread02 = new MyThread02();
        FutureTask futureTask = new FutureTask<>(myThread02);

        Thread thread = new Thread(futureTask);
        thread.start();
        Object o = futureTask.get();
        System.out.println(o);

    }
}

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4.通过创建线程池的方法创建线程

import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor;

//通过创建线程池的方法创建线程
class NumberThread implements Runnable{

    @Override
    public void run() {
        for (int i = 1; i <100 ; i++) {
            if (i%2==0){
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":"+i);
            }
        }
    }
}

public class ThreadDemo04 {
    public static void main(String[] args) {
        ExecutorService service = Executors.newFixedThreadPool(5);
        ThreadPoolExecutor threadPoolExecutor=(ThreadPoolExecutor)service;
        threadPoolExecutor.execute(new NumberThread());
//       service.execute(new NumberThread());

    }
}

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4、线程间通信

1运用notify和wait实现线程的通信

  
class ShareData//资源类
{
  private int number = 0;//初始值为零的一个变量
 
  public synchronized void increment() throws InterruptedException 
  {
     //判断
     while(number!=0) {
       this.wait();
     }
     //干活
     ++number;
     System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" \t "+number);
     //通知
     this.notifyAll();;
  }
  
  public synchronized void decrement() throws InterruptedException 
  {
     //判断
     while(number!=1) {
       this.wait();
     }
     //干活
     --number;
     System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" \t "+number);
     //通知
     this.notifyAll();
  }
}
 
/**
 * 
 * @Description:
 *现在两个线程，
 * 可以操作初始值为零的一个变量，
 * 实现一个线程对该变量加1，一个线程对该变量减1，
 * 交替，来10轮。 
 * @author xialei
 *
 *  * 笔记：Java里面如何进行工程级别的多线程编写
 * 1 多线程变成模板（套路）-----上
 *     1.1  线程    操作    资源类  
 *     1.2  高内聚  低耦合
 * 2 多线程变成模板（套路）-----下
 *     2.1  判断
 *     2.2  干活
 *     2.3  通知
 
 */
public class NotifyWaitDemo
{
  public static void main(String[] args)
  {
     ShareData sd = new ShareData();
     new Thread(() -> {
 
       for (int i = 1; i <= 10; i++) {
          try {
            sd.increment();
          } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
          }
       }
     }, "A").start();
     
     new Thread(() -> {
 
       for (int i = 1; i <= 10; i++) {
          try {
            sd.decrement();
          } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
          }
       }
     }, "B").start();
     new Thread(() -> {
 
       for (int i = 1; i <= 10; i++) {
          try {
            sd.increment();
          } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
          }
       }
     }, "C").start();
     new Thread(() -> {
 
       for (int i = 1; i <= 10; i++) {
          try {
            sd.decrement();
          } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
          }
       }
     }, "D").start();
     
  }
}

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2Condition实现

class ShareData//资源类
{
  private int number = 0;//初始值为零的一个变量
 
  private Lock lock = new ReentrantLock();
  private Condition condition  = lock.newCondition(); 
   
  public  void increment() throws InterruptedException 
  {
     
      lock.lock();
         try {
          //判断
          while(number!=0) {
            condition.await();
          }
          //干活
          ++number;
          System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" \t "+number);
          //通知
          condition.signalAll();
     } catch (Exception e) {
       e.printStackTrace();
     } finally {
       lock.unlock();
     }
     
  }
  
  
  public  void decrement() throws InterruptedException 
  {
      
      lock.lock();
         try {
          //判断
          while(number!=1) {
            condition.await();
          }
          //干活
          --number;
          System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" \t "+number);
          //通知
          condition.signalAll();
     } catch (Exception e) {
       e.printStackTrace();
     } finally {
       lock.unlock();
     }
     
  }
  
  
public class NotifyWaitDemo
{
  public static void main(String[] args)
  {
     ShareData sd = new ShareData();
     new Thread(() -> {
 
       for (int i = 1; i <= 10; i++) {
          try {
            sd.increment();
          } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
          }
       }
     }, "A").start();
     
     new Thread(() -> {
 
       for (int i = 1; i <= 10; i++) {
          try {
            sd.decrement();
          } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
          }
       }
     }, "B").start();
     new Thread(() -> {
 
       for (int i = 1; i <= 10; i++) {
          try {
            sd.increment();
          } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
          }
       }
     }, "C").start();
     new Thread(() -> {
 
       for (int i = 1; i <= 10; i++) {
          try {
            sd.decrement();
          } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
          }
       }
     }, "D").start();
     
  }
}
 
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5、线程间定制化调用通信

package JUCProject.Condition;

import java.util.concurrent.locks.Condition;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

/**
 *
 * @Description:
 * 多线程之间按顺序调用，实现A->B->C
 * 三个线程启动，要求如下：
 *
 * AA打印5次，BB打印10次，CC打印15次
 * 接着
 * AA打印5次，BB打印10次，CC打印15次
 * ......来10轮
 *1 多线程变成模板（套路）-----上
 *     1.1  线程    操作    资源类
 *     1.2  高内聚  低耦合
 * 2 多线程变成模板（套路）-----下
 *     2.1  判断
 *     2.2  干活
 *     2.3  通知
3 防止虚假唤醒用while
4.注意标志位
 */

class ShareResource{
    private int number=1;
    private ReentrantLock lock=new ReentrantLock();
    private Condition condition1=lock.newCondition();
    private Condition condition2=lock.newCondition();
    private Condition condition3=lock.newCondition();

    public void print5() throws InterruptedException {
        lock.lock();
        try {
            while (number!=1){
                condition1.await();
            }
            for (int i = 0; i <=5; i++) {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+'\t'+i);
            }
            number=2;
            condition2.signal();
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }
    public void print10() throws InterruptedException {
        lock.lock();
        try {
            while (number!=2){
                condition2.await();
            }
            for (int i = 0; i <=10; i++) {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+'\t'+i);
            }
            number=3;
            condition3.signal();
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }
    public void print15() throws InterruptedException {
        lock.lock();
        try {
            while (number!=3){
                condition3.await();
            }
            for (int i = 0; i <=15; i++) {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+'\t'+i);
            }
            number=1;
            condition1.signal();
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }
}

public class ThreadOrderAccess {
    public static void main(String[] args) {
        ShareResource shareResource = new ShareResource();
        new Thread(()->{
            try {
                shareResource.print5();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        },"A").start();
        new Thread(()->{
            try {
                shareResource.print10();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        },"B").start();
        new Thread(()->{
            try {
                shareResource.print15();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        },"C").start();
    }
}

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6、NotSafeDemo

1证明集合不安全

java.util.ConcurrentModificationException

ArrayList在迭代的时候如果同时对其进行修改就会抛出java.util.ConcurrentModificationException异常
并发修改异常

List<String> list = new ArrayList<>();
for (int i = 0; i <30 ; i++) {
            new Thread(()->{
                list.add(UUID.randomUUID().toString().substring(0,8));
                System.out.println(list);
            },String.valueOf(i)).start();
        }
 
看ArrayList的源码
public boolean add(E e) {
    ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!!
    elementData[size++] = e;
    return true;
}
没有synchronized线程不安全

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2解决方案

Vector

看Vector的源码
public synchronized boolean add(E e) {
    modCount++;
    ensureCapacityHelper(elementCount + 1);
    elementData[elementCount++] = e;
    return true;
}
有synchronized线程安全
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Collections

List<String> list = Collections.synchronizedList(new ArrayList<>());
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Collections提供了方法synchronizedList保证list是同步线程安全的

那HashMap，HashSet是线程安全的吗？也不是
所以有同样的线程安全方法

写时复制

List<String> list = new CopyOnWriteArrayList<>();
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/**

 * Appends the specified element to the end of this list.
   *
 * @param e element to be appended to this list
 * @return {@code true} (as specified by {@link Collection#add})
   */
   public boolean add(E e) {
   final ReentrantLock lock = this.lock;
   lock.lock();
   try {
       Object[] elements = getArray();
       int len = elements.length;
       Object[] newElements = Arrays.copyOf(elements, len + 1);
       newElements[len] = e;
       setArray(newElements);
       return true;
   } finally {
       lock.unlock();
   }
   }

 

CopyOnWrite容器即写时复制的容器。往一个容器添加元素的时候，不直接往当前容器Object[]添加，
而是先将当前容器Object[]进行Copy，复制出一个新的容器Object[] newElements，然后向新的容器Object[] newElements里添加元素。
添加元素后，再将原容器的引用指向新的容器setArray(newElements)。
这样做的好处是可以对CopyOnWrite容器进行并发的读，而不需要加锁，因为当前容器不会添加任何元素。
所以CopyOnWrite容器也是一种读写分离的思想，读和写不同的容器。
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7、多线程锁

/*
* * 1 标准访问，先打印邮件还是短信
2 停4秒在邮件方法内，先打印邮件还是短信
3 普通的hello方法，是先打邮件还是hello
4 现在有两部手机，先打印邮件还是短信
5 两个静态同步方法，1部手机，先打印邮件还是短信
6 两个静态同步方法，2部手机，先打印邮件还是短信
7 1个静态同步方法，1个普通同步方法，1部手机，先打印邮件还是hello
8 1个静态同步方法，1个普通同步方法，2部手机，先打印邮件还是hello
*
* */
/*
        1、邮件
        2、邮件
        3、Hello
        4、短信
        5、邮件
        6、邮件
        7、hello
        8、hello
*/

import java.util.concurrent.TimeUnit;

class Phone{
    public static   synchronized void sendEmail() throws InterruptedException {
            //发邮件
       TimeUnit.SECONDS.sleep(4);
        System.out.println("----------sendEmail");
    }
    public static synchronized void sendSMS() throws InterruptedException {
            //发短信
        System.out.println("----------sendSMS");
    }
    public  void hello(){
        System.out.println("----------hello");
    }
}

public class Lock_8 {
    public static void main(String[] args) {
        Phone phone01 = new Phone();
        Phone phone02 = new Phone();
        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                try {
                    phone01.sendEmail();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        },"A").start();
        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                phone02.hello();
            }
        },"B").start();
    }
}

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8锁分析

A 一个对象里面如果有多个synchronized方法，某一个时刻内，只要一个线程去调用其中的一个synchronized方法了，
其它的线程都只能等待，换句话说，某一个时刻内，只能有唯一一个线程去访问这些synchronized方法
锁的是当前对象this，被锁定后，其它的线程都不能进入到当前对象的其它的synchronized方法

加个普通方法后发现和同步锁无关
换成两个对象后，不是同一把锁了，情况立刻变化。


synchronized实现同步的基础：Java中的每一个对象都可以作为锁。
具体表现为以下3种形式。
对于普通同步方法，锁是当前实例对象。
对于静态同步方法，锁是当前类的Class对象。
对于同步方法块，锁是Synchonized括号里配置的对象

当一个线程试图访问同步代码块时，它首先必须得到锁，退出或抛出异常时必须释放锁。

也就是说如果一个实例对象的非静态同步方法获取锁后，该实例对象的其他非静态同步方法必须等待获取锁的方法释放锁后才能获取锁，
可是别的实例对象的非静态同步方法因为跟该实例对象的非静态同步方法用的是不同的锁，
所以毋须等待该实例对象已获取锁的非静态同步方法释放锁就可以获取他们自己的锁。

所有的静态同步方法用的也是同一把锁——类对象本身，
这两把锁是两个不同的对象，所以静态同步方法与非静态同步方法之间是不会有竞态条件的。
但是一旦一个静态同步方法获取锁后，其他的静态同步方法都必须等待该方法释放锁后才能获取锁，
而不管是同一个实例对象的静态同步方法之间，
还是不同的实例对象的静态同步方法之间，只要它们同一个类的实例对象！
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8、ReentrantReadWriteLock读写锁

import java.util.HashMap;
import java.util.Map;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
import java.util.concurrent.locks.ReadWriteLock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantReadWriteLock;

class MyCache {
    private volatile Map<String, Object> map = new HashMap<>();
    private ReadWriteLock rwLock = new ReentrantReadWriteLock();

    public void put(String key, Object value) {
        rwLock.writeLock().lock();
        try {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\t 正在写" + key);
            //暂停一会儿线程
            try {
                TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(300);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            map.put(key, value);
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\t 写完了" + key);
            System.out.println();
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            rwLock.writeLock().unlock();
        }

    }

    public Object get(String key) {
        rwLock.readLock().lock();
        Object result = null;
        try {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\t 正在读" + key);
            try {
                TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(300);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            result = map.get(key);
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\t 读完了" + result);
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            rwLock.readLock().unlock();
        }
        return result;
    }
}

public class ReadWriteLockDemo {


    public static void main(String[] args) {
        MyCache myCache = new MyCache();

        for (int i = 1; i <= 5; i++) {
            final int num = i;
            new Thread(() -> {
                myCache.put(num + "", num + "");
            }, String.valueOf(i)).start();
        }
        for (int i = 1; i <= 5; i++) {
            final int num = i;
            new Thread(() -> {
                myCache.get(num + "");
            }, String.valueOf(i)).start();
        }

    }


}



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9、BlockingQueueDemo阻塞队列

种类分析

ArrayBlockingQueue：由数组结构组成的有界阻塞队列。

LinkedBlockingQueue：由链表结构组成的有界（但大小默认值为integer.MAX_VALUE）阻塞队列。

PriorityBlockingQueue：支持优先级排序的无界阻塞队列。

DelayQueue：使用优先级队列实现的延迟无界阻塞队列。

SynchronousQueue：不存储元素的阻塞队列，也即单个元素的队列。

LinkedTransferQueue：由链表组成的无界阻塞队列。

LinkedBlockingDeque：由链表组成的双向阻塞队列。
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BlockingQueue核心方法

生产者消费者问题

//使用reentrantLock实现
import java.util.concurrent.locks.Condition;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

class Data{
    private int number=0;
    private ReentrantLock lock=new ReentrantLock();
    private Condition condition=lock.newCondition();

    public  void product() throws InterruptedException {
        lock.lock();
        try {
            while (number!=0){
                condition.await();
            }
            number++;
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"\t"+number);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            condition.signalAll();
        }
    }

    public void consumer() throws InterruptedException {
        lock.lock();

        try {
            while (number!=1){
                condition.await();
            }
            number--;
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"\t"+number);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            condition.signalAll();
        }
    }
}


public class Product_Consumer {
    public static void main(String[] args) {
        Data data = new Data();
        new Thread(()->{
            for (int i = 0; i < 10; i++) {
                try {
                    data.product();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        },"A").start();
        new Thread(()->{
            for (int i = 0; i < 10; i++) {
                try {
                    data.consumer();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        },"B").start();
        new Thread(()->{
            for (int i = 0; i < 10; i++) {
                try {
                    data.product();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        },"C").start();
        new Thread(()->{
            for (int i = 0; i < 10; i++) {
                try {
                    data.consumer();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        },"D").start();
    }
}

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//使用blockingQueue实现

import java.util.concurrent.ArrayBlockingQueue;
import java.util.concurrent.BlockingQueue;

public class ProductConsumerTest {
    private static BlockingQueue<String> blockingQueue=new ArrayBlockingQueue<String>(5);

    public static void Product(){
        try {
            blockingQueue.put("product..");
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.print("produce..");
    }

    public static void Consumer(){
        String product=null;
        try {
             product = blockingQueue.take();
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println("Consumer..");
    }

    public static void main(String[] args) {
        ProductConsumerTest productConsumerTest = new ProductConsumerTest();
        new Thread(()->{
            for (int i = 0; i < 3; i++) {
                productConsumerTest.Product();
            }
        },"A").start();
        new Thread(()->{
            for (int i = 0; i < 5; i++) {
                productConsumerTest.Consumer();
            }
        },"B").start();
        new Thread(()->{
            for (int i = 0; i < 2; i++) {
                productConsumerTest.Product();
            }
        },"C").start();
    }
}

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10、ThreadPool线程池

1为什么用线程池

线程池的优势：
线程池做的工作只要是控制运行的线程数量，处理过程中将任务放入队列，然后在线程创建后启动这些任务，如果线程数量超过了最大数量，超出数量的线程排队等候，等其他线程执行完毕，再从队列中取出任务来执行。

它的主要特点为：线程复用;控制最大并发数;管理线程。

第一：降低资源消耗。通过重复利用已创建的线程降低线程创建和销毁造成的销耗。
第二：提高响应速度。当任务到达时，任务可以不需要等待线程创建就能立即执行。
第三：提高线程的可管理性。线程是稀缺资源，如果无限制的创建，不仅会销耗系统资源，还会降低系统的稳定性，使用线程池可以进行统一的分配，调优和监控。

2程池如何使用

架构说明

Java中的线程池是通过Executor框架实现的，该框架中用到了Executor，Executors，ExecutorService，ThreadPoolExecutor这几个类
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编码实现

Executors.newFixedThreadPool(int)
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执行长期任务性能好，创建一个线程池，一池有N个固定的线程，有固定线程数的线程

public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads) {
    return new ThreadPoolExecutor(nThreads, nThreads,
                                  0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
                                  new LinkedBlockingQueue<Runnable>());
}

newFixedThreadPool创建的线程池corePoolSize和maximumPoolSize值是相等的，它使用的是LinkedBlockingQueue
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Executors.newSingleThreadExecutor()
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一个任务一个任务的执行，一池一线程

public static ExecutorService newSingleThreadExecutor() {
    return new FinalizableDelegatedExecutorService
        (new ThreadPoolExecutor(1, 1,
                                0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
                                new LinkedBlockingQueue<Runnable>()));
}

newSingleThreadExecutor 创建的线程池corePoolSize和maximumPoolSize值都是1，它使用的是LinkedBlockingQueue
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Executors.newCachedThreadPool()
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执行很多短期异步任务，线程池根据需要创建新线程，但在先前构建的线程可用时将重用它们。可扩容，遇强则强

public static ExecutorService newCachedThreadPool() {
    return new ThreadPoolExecutor(0, Integer.MAX_VALUE,
                                  60L, TimeUnit.SECONDS,
                                  new SynchronousQueue<Runnable>());
}
newCachedThreadPool创建的线程池将corePoolSize设置为0，将maximumPoolSize设置为Integer.MAX_VALUE，它使用的是SynchronousQueue，也就是说来了任务就创建线程运行，当线程空闲超过60秒，就销毁线程。
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3线程池几个重要参数

public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
                          int maximumPoolSize,
                          long keepAliveTime,
                          TimeUnit unit,
                          BlockingQueue<Runnable> workQueue,
                          ThreadFactory threadFactory,
                          RejectedExecutionHandler handler) {
    if (corePoolSize < 0 ||
        maximumPoolSize <= 0 ||
        maximumPoolSize < corePoolSize ||
        keepAliveTime < 0)
        throw new IllegalArgumentException();
    if (workQueue == null || threadFactory == null || handler == null)
        throw new NullPointerException();
    this.corePoolSize = corePoolSize;
    this.maximumPoolSize = maximumPoolSize;
    this.workQueue = workQueue;
    this.keepAliveTime = unit.toNanos(keepAliveTime);
    this.threadFactory = threadFactory;
    this.handler = handler;
}
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1、corePoolSize：线程池中的常驻核心线程数
2、maximumPoolSize：线程池中能够容纳同时执行的最大线程数，此值必须大于等于1
3、keepAliveTime：多余的空闲线程的存活时间，当前池中线程数量超过corePoolSize时，当空闲时间达到	keepAliveTime时，多余线程会被销毁直到只剩下corePoolSize个线程为止
4、unit：keepAliveTime的单位 
5、workQueue：任务队列，被提交但尚未被执行的任务
6、threadFactory：表示生成线程池中工作线程的线程工厂，用于创建线程，一般默认的即可
7、handler：拒绝策略，表示当队列满了，并且工作线程大于等于线程池的最大线程数（maximumPoolSize）时如何来拒绝请求执行的runnable的策略
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4线程池底层工作原理

1、在创建了线程池后，开始等待请求。
2、当调用execute()方法添加一个请求任务时，线程池会做出如下判断：
  2.1如果正在运行的线程数量小于corePoolSize，那么马上创建线程运行这个任务；
  2.2如果正在运行的线程数量大于或等于corePoolSize，那么将这个任务放入队列；
  2.3如果这个时候队列满了且正在运行的线程数量还小于maximumPoolSize，那么还是要创建非核心线程立刻运行这个任务；
  2.4如果队列满了且正在运行的线程数量大于或等于maximumPoolSize，那么线程池会启动饱和拒绝策略来执行。
3、当一个线程完成任务时，它会从队列中取下一个任务来执行。
4、当一个线程无事可做超过一定的时间（keepAliveTime）时，线程会判断：
    如果当前运行的线程数大于corePoolSize，那么这个线程就被停掉。
    所以线程池的所有任务完成后，它最终会收缩到corePoolSize的大小。
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5线程池的拒绝策略

等待队列已经排满了，再也塞不下新任务了，同时，线程池中的max线程也达到了，无法继续为新任务服务。

这个是时候我们就需要拒绝策略机制合理的处理这个问题。
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JDK内置的拒绝策略

AbortPolicy(默认)：直接抛出RejectedExecutionException异常阻止系统正常运行
CallerRunsPolicy：“调用者运行”一种调节机制，该策略既不会抛弃任务，也不会抛出异常，而是将某些任务回退到调用者，从而降低新任务的流量。
DiscardOldestPolicy：抛弃队列中等待最久的任务，然后把当前任务加人队列中尝试再次提交当前任务。
DiscardPolicy：该策略默默地丢弃无法处理的任务，不予任何处理也不抛出异常。如果允许任务丢失，这是最好的一种策略。

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以上内置拒绝策略均实现了RejectedExecutionHandle接口

6自定义线程池

public class MyThreadPoolDemo {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(Runtime.getRuntime().availableProcessors());//
//        ExecutorService threadPool= Executors.newFixedThreadPool(5);//一池5个处理线程
//        ExecutorService threadPool = Executors.newSingleThreadExecutor();//一池1个线程
//       ExecutorService threadPool = Executors.newCachedThreadPool();//一池n个线程
        ExecutorService threadPool= new ThreadPoolExecutor(2,7,2, TimeUnit.SECONDS,
                new LinkedBlockingQueue<>(3),Executors.defaultThreadFactory(), new ThreadPoolExecutor.DiscardOldestPolicy()
                );


        //模拟有10 个顾客来银行办理业务，目前池子里有五个工作人员提供服务
        try {
            for (int i = 1; i <=200; i++) {
                threadPool.execute(()->{
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"\t 办理业务");
                });
            }

        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            threadPool.shutdown();
        }
    }
}

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11、Java8之流式计算

函数式接口

java内置核心四大函数式接口

//R apply(T t);函数型接口，一个参数，一个返回值
Function<String,Integer> function = t ->{return t.length();};
System.out.println(function.apply("abcd"));

//boolean test(T t);断定型接口，一个参数，返回boolean
Predicate<String> predicate = t->{return t.startsWith("a");};
System.out.println(predicate.test("a"));

// void accept(T t);消费型接口，一个参数，没有返回值
Consumer<String> consumer = t->{
    System.out.println(t);
};
consumer.accept("javaXXXX");

//T get(); 供给型接口，无参数，有返回值
Supplier<String> supplier =()->{return UUID.randomUUID().toString();};
System.out.println(supplier.get());
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特点

Stream 自己不会存储元素

Stream 不会改变源对象。相反，他们会返回一个持有结果的新Stream。

Stream 操作是延迟执行的。这意味着他们会等到需要结果的时候才执行。
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阶段

创建一个Stream：一个数据源（数组、集合）

中间操作：一个中间操作，处理数据源数据

终止操作：一个终止操作，执行中间操作链，产生结果
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import lombok.AllArgsConstructor;
import lombok.Data;
import lombok.NoArgsConstructor;

import java.util.Arrays;
import java.util.List;
import java.util.UUID;
import java.util.function.*;

@Data
@NoArgsConstructor
@AllArgsConstructor
class User
{
    private Integer id;
    private String  userName;
    private int     age;
}

/**
 * @create 2019-02-26 22:24
 *
 * 题目：请按照给出数据，找出同时满足
 *      偶数ID且年龄大于24且用户名转为大写且用户名字母倒排序
 *      最后只输出一个用户名字
 */
public class StreamDemo
{
    public static void main(String[] args)
    {
        User u1 = new User(11,"a",23);
        User u2 = new User(12,"b",24);
        User u3 = new User(13,"c",22);
        User u4 = new User(14,"d",28);
        User u5 = new User(16,"e",26);

        List<User> list = Arrays.asList(u1,u2,u3,u4,u5);

        list.stream().filter(p -> {
            return p.getId() % 2 == 0;
        }).filter(p -> {
            return p.getAge() > 24;
        }).map(f -> {
            return f.getUserName().toUpperCase();
        }).sorted((o1, o2) -> {
            return o2.compareTo(o1);
        }).limit(1).forEach(System.out::println);


        //    R apply(T t);
        Function<String,Integer> function = t -> {return t.length();};
        System.out.println(function.apply("abc"));

        // boolean test(T t);
        Predicate<String> predicate = t -> {return t.startsWith("a");};
        System.out.println(predicate.test("a"));

        //void accept(T t);
        Consumer<String> consumer = t -> {System.out.println(t);};
        consumer.accept("java1018");


        //    T get();
        Supplier<String> supplier =  () -> {return UUID.randomUUID().toString();};
        System.out.println(supplier.get());;

    }
}
 
 

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12、分支合并框架

原理

Fork：把一个复杂任务进行分拆，大事化小
Join：把分拆任务的结果进行合并

import java.util.concurrent.ExecutionException;
import java.util.concurrent.ForkJoinPool;
import java.util.concurrent.ForkJoinTask;
import java.util.concurrent.RecursiveTask;

class MyTask extends RecursiveTask<Integer>{
    private static final Integer ADJUST_VALUE = 10;
    private int begin;
    private int end;
    private int result;

    public MyTask(int begin, int end) {
        this.begin = begin;
        this.end = end;
    }

    @Override
    protected Integer compute() {
        if((end - begin)<=ADJUST_VALUE){
           for(int i =begin;i <= end;i++){
                result = result + i;
           }
        }else{
            int middle = (begin + end)/2;
            MyTask task01 = new MyTask(begin,middle);
            MyTask task02 = new MyTask(middle+1,end);
            task01.fork();
            task02.fork();
            result =  task01.join() + task02.join();
        }


        return result;
    }
}


/**
 * 分支合并例子
 * ForkJoinPool
 * ForkJoinTask
 * RecursiveTask
 */
public class ForkJoinDemo {

    public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {

        MyTask myTask = new MyTask(0,100);
        ForkJoinPool forkJoinPool = new ForkJoinPool();
        ForkJoinTask<Integer> forkJoinTask = forkJoinPool.submit(myTask);

        System.out.println(forkJoinTask.get());

        forkJoinPool.shutdown();
    }
}
 

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13、异步回调

import java.util.concurrent.CompletableFuture;
import java.util.concurrent.ExecutionException;

public class CompletableFutureDemo {
    public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
        CompletableFuture<Void> completableFuture = CompletableFuture.runAsync(() -> {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "没有返回,update mysql ok");
        });
        completableFuture.get();
        Integer integerCompletableFuture = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "有返回,insert mysql ok");
            return 1024;
        }).whenComplete((t,u)->{
            System.out.println("****t:"+t);
            System.out.println("****u:"+u);
        }).exceptionally(f->{
            System.out.println("****exception:"+f.getMessage());
            return 44444;
        }).get();

    }
}

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14、谈谈你对volatile的理解

1.volatile是Java虚拟机提供的轻量级的同步机制

1.1保证可见性
1.2不保证原子性
1.3禁止指令重排
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2.JMM你谈谈

JMM(Java内存模型Java Memory Model,简称JMM)本身是一种抽象的概念 并不真实存在,它描述的是一组规则或规范通过规范定制了程序中各个变量(包括实例字段,静态字段和构成数组对象的元素)的访问方式.
JMM关于同步规定:

1.线程解锁前,必须把共享变量的值刷新回主内存
2.线程加锁前,必须读取主内存的最新值到自己的工作内存
3.加锁解锁是同一把锁
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由于JVM运行程序的实体是线程,而每个线程创建时JVM都会为其创建一个工作内存(有些地方成为栈空间),工作内存是每个线程的私有数据区域,而Java内存模型中规定所有变量都存储在主内存,主内存是共享内存区域,所有线程都可访问,但线程对变量的操作(读取赋值等)必须在工作内存中进行,首先要将变量从主内存拷贝到自己的工作空间,然后对变量进行操作,操作完成再将变量写回主内存,不能直接操作主内存中的变量,各个线程中的工作内存储存着主内存中的变量副本拷贝,因此不同的线程无法访问对方的工作内存,此案成间的通讯(传值) 必须通过主内存来完成,其简要访问过程如下图:

2.1可见性

通过前面对JMM的介绍,我们知道各个线程对主内存中共享变量的操作都是各个线程各自拷贝到自己的工作内存操作后再写回主内存中的.这就可能存在一个线程AAA修改了共享变量X的值还未写回主内存中时 ,另外一个线程BBB又对内存中的一个共享变量X进行操作,但此时A线程工作内存中的共享比那里X对线程B来说并不不可见.这种工作内存与主内存同步延迟现象就造成了可见性问题.

2.2原子性

number++在多线程下是非线程安全的,如何不加synchronized解决?

2.3VolatileDemo代码演示可见性+原子性代码

import java.util.concurrent.TimeUnit;
import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;

class MyData {
//    int num = 0;
    volatile int num = 0;

    public synchronized void addToSixty() {
        this.num = 60;
    }

    public  void addSelf(){
        num++;
    }

    AtomicInteger atomicInteger = new AtomicInteger();
    public void atomicAddSelf(){
        atomicInteger.getAndIncrement();
    }
}

/**
 * 1验证volatile的可见性
 *  1.1 如果int num = 0，number变量没有添加volatile关键字修饰
 * 1.2 添加了volatile，可以解决可见性
 *
 * 2.验证volatile不保证原子性
 *  2.1 原子性指的是什么
 *      不可分割、完整性，即某个线程正在做某个具体业务时，中间不可以被加塞或者被分割，需要整体完整，要么同时成功，要么同时失败
 *  2.2 如何解决原子性
 *      2.2.1 方法加synchronized
 *      2.2.2 Atomic
 *
 */
public class VolatileDemo {

    public static void main(String[] args) {
//        visibilityByVolatile();//验证volatile的可见性
        atomicByVolatile();//验证volatile不保证原子性
    }

    /**
     * volatile可以保证可见性，及时通知其他线程，主物理内存的值已经被修改
     */
    public static void visibilityByVolatile() {
        MyData myData = new MyData();

        //第一个线程
        new Thread(() -> {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\t come in");
            try {
                //线程暂停3s
                TimeUnit.SECONDS.sleep(3);
                myData.addToSixty();
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\t update value:" + myData.num);
            } catch (Exception e) {
                // TODO Auto-generated catch block
                e.printStackTrace();
            }
        }, "thread1").start();
        //第二个线程是main线程
        while (myData.num == 0) {
            //如果myData的num一直为零，main线程一直在这里循环
        }
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\t mission is over, num value is " + myData.num);
    }

    /**
     * volatile不保证原子性
     * 以及使用Atomic保证原子性
     */
    public static void atomicByVolatile(){
        MyData myData = new MyData();
        for(int i = 1; i <= 20; i++){
            new Thread(() ->{
                for(int j = 1; j <= 1000; j++){
                    myData.addSelf();
                  myData.atomicAddSelf();
                }
            },"Thread "+i).start();
        }
        //等待上面的线程都计算完成后，再用main线程取得最终结果值
        try {
            TimeUnit.SECONDS.sleep(4);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        while (Thread.activeCount()>2){
            Thread.yield();
        }
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"\t finally num value is "+myData.num);
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"\t finally atomicnum value is "+myData.atomicInteger);
    }
}



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2.4有序性

计算机在执行程序时,为了提高性能,编译器和处理器常常会做指令重排,一把分为以下3中

单线程环境里面确保程序最终执行结果和代码顺序执行的结果一致.
处理器在进行重新排序是必须要考虑指令之间的数据依赖性

多线程环境中线程交替执行,由于编译器优化重排的存在,两个线程使用的变量能否保持一致性是无法确定的,结果无法预测

3.你在哪些地方用到过volatile?

3.1 单例模式DCL代码

public class SingletonDemo {

    private static volatile SingletonDemo instance=null;
    private SingletonDemo(){
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"\t 构造方法");
    }

    /**
     * 双重检测机制
     * @return
     */
    public static SingletonDemo getInstance(){
        if(instance==null){
            synchronized (SingletonDemo.class){
                if(instance==null){
                    instance=new SingletonDemo();
                }
            }
        }
        return instance;
    }

    public static void main(String[] args) {
        for (int i = 1; i <=10; i++) {
            new Thread(() ->{
                SingletonDemo.getInstance();
            },String.valueOf(i)).start();
        }
    }
}
 

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3.2代理模式volatile分析

DCL(双端检锁) 机制不一定线程安全,原因是有指令重排的存在,加入volatile可以禁止指令重排
  原因在于某一个线程在执行到第一次检测,读取到的instance不为null时,instance的引用对象可能没有完成初始化.
instance=new SingletonDem(); 可以分为以下步骤(伪代码)
 
memory=allocate();//1.分配对象内存空间
instance(memory);//2.初始化对象
instance=memory;//3.设置instance的指向刚分配的内存地址,此时instance!=null 
 
步骤2和步骤3不存在数据依赖关系.而且无论重排前还是重排后程序执行的结果在单线程中并没有改变,因此这种重排优化是允许的.
memory=allocate();//1.分配对象内存空间
instance=memory;//3.设置instance的指向刚分配的内存地址,此时instance!=null 但对象还没有初始化完.
instance(memory);//2.初始化对象
但是指令重排只会保证串行语义的执行一致性(单线程) 并不会关心多线程间的语义一致性
所以当一条线程访问instance不为null时,由于instance实例未必完成初始化,也就造成了线程安全问题.
 
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15、CAS你知道吗

1.比较并交换

/**
 * Description
 *
 * @author veliger@163.com
 * @version 1.0
 * @date 2019-04-12 9:57
 * 1.什么是CAS ? ===> compareAndSet
 *  比较并交换
 **/
public class CASDemo {
    public static void main(String[] args) {
        AtomicInteger atomicInteger = new AtomicInteger(5);
        System.out.println(atomicInteger.compareAndSet(5, 2019)+"\t current"+atomicInteger.get());
        System.out.println(atomicInteger.compareAndSet(5, 2014)+"\t current"+atomicInteger.get());
    }
}
 

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2.CAS底层原理?如果知道,谈谈你对UnSafe的理解

atomicInteger.getAndIncrement();

atomicInteger.getAndIncrement()方法的源代码:
/**
 * Atomically increments by one the current value.
 *
 * @return the previous value
 */
public final int getAndIncrement() {
    return unsafe.getAndAddInt(this, valueOffset, 1);
}
印出来一个问题:UnSafe类是什么?
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UnSafe

1.UnSafe
是CAS的核心类 由于Java 方法无法直接访问底层 ,需要通过本地(native)方法来访问,UnSafe相当于一个后面,基于该类可以直接操作特额定的内存数据.UnSafe类在于sun.misc包中,其内部方法操作可以向C的指针一样直接操作内存,因为Java中CAS操作的助兴依赖于UNSafe类的方法.
注意UnSafe类中所有的方法都是native修饰的,也就是说UnSafe类中的方法都是直接调用操作底层资源执行响应的任务
2.变量ValueOffset,便是该变量在内存中的偏移地址,因为UnSafe就是根据内存偏移地址获取数据的

3.变量value和volatile修饰,保证了多线程之间的可见性.

CAS是什么

CAS的全称为Compare-And-Swap ,它是一条CPU并发原语.
它的功能是判断内存某个位置的值是否为预期值,如果是则更新为新的值,这个过程是原子的.

CAS并发原语提现在Java语言中就是sun.miscUnSaffe类中的各个方法.调用UnSafe类中的CAS方法,JVM会帮我实现CAS汇编指令.这是一种完全依赖于硬件 功能,通过它实现了原子操作,再次强调,由于CAS是一种系统原语,原语属于操作系统用于范畴,是由若干条指令组成,用于完成某个功能的一个过程,并且原语的执行必须是连续的,在执行过程中不允许中断,也即是说CAS是一条原子指令,不会造成所谓的数据不一致的问题.

unSafe.getAndIncrement

var1 AtomicInteger对象本身.
var2 该对象值的引用地址
var4 需要变动的数值
var5 是用过var1 var2找出内存中绅士的值
用该对象当前的值与var5比较
如果相同,更新var5的值并且返回true
如果不同,继续取值然后比较,直到更新完成
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  假设线程A和线程B两个线程同时执行getAndAddInt操作(分别在不同的CPU上):

1.AtomicInteger里面的value原始值为3,即主内存中AtomicInteger的value为3,根据JMM模型,线程A和线程B各自持有一份值为3的value的副本分别到各自的工作内存.

2.线程A通过getIntVolatile(var1,var2) 拿到value值3,这是线程A被挂起.

3.线程B也通过getIntVolatile(var1,var2) 拿到value值3,此时刚好线程B没有被挂起并执行compareAndSwapInt方法比较内存中的值也是3 成功修改内存的值为4 线程B打完收工 一切OK.

 4.这是线程A恢复,执行compareAndSwapInt方法比较,发现自己手里的数值和内存中的数字4不一致,说明该值已经被其他线程抢先一步修改了,那A线程修改失败,只能重新来一遍了.

 5.线程A重新获取value值,因为变量value是volatile修饰,所以其他线程对他的修改,线程A总是能够看到,线程A继续执行compareAndSwapInt方法进行比较替换,直到成功.
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底层汇编

简单版小总结

3.CAS缺点

循环时间长开销很大

只能保证一个共享变量的原子性

引出来ABA问题???

往下看。。。。。。。。

16、原子类AtomicInteger的ABA问题谈谈?原子更新引用知道吗

ABA问题的产生

原子引用

/**
 * Description:
 *
 * @author veliger@163.com
 * @date 2019-04-12 21:23
 **/
@Getter@Setter@AllArgsConstructor@ToString
class User{
    private String name;
    private int age;
}
public class AtomicReferenceDemo {
    public static void main(String[] args) {
        User zs = new User("zs", 22);
        User ls = new User("ls", 22);
        AtomicReference<User> userAtomicReference = new AtomicReference<>();
        userAtomicReference.set(zs);
        System.out.println(userAtomicReference.compareAndSet(zs, ls)+"\t"+userAtomicReference.get().toString());
        System.out.println(userAtomicReference.compareAndSet(zs, ls)+"\t"+userAtomicReference.get().toString());
    }
}
 

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时间戳原子引用

/**
 * Description: ABA问题的解决
 *
 * @author veliger@163.com
 * @date 2019-04-12 21:30
 **/
public class ABADemo {
    private static AtomicReference<Integer> atomicReference=new AtomicReference<>(100);
    private static AtomicStampedReference<Integer> stampedReference=new AtomicStampedReference<>(100,1);
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("===以下是ABA问题的产生===");
        new Thread(()->{
            atomicReference.compareAndSet(100,101);
            atomicReference.compareAndSet(101,100);
        },"t1").start();

        new Thread(()->{
            //先暂停1秒 保证完成ABA
            try { TimeUnit.SECONDS.sleep(1); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); }
            System.out.println(atomicReference.compareAndSet(100, 2019)+"\t"+atomicReference.get());
        },"t2").start();
        try { TimeUnit.SECONDS.sleep(2); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); }
        System.out.println("===以下是ABA问题的解决===");

        new Thread(()->{
            int stamp = stampedReference.getStamp();
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"\t 第1次版本号"+stamp+"\t值是"+stampedReference.getReference());
            //暂停1秒钟t3线程
            try { TimeUnit.SECONDS.sleep(1); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); }

            stampedReference.compareAndSet(100,101,stampedReference.getStamp(),stampedReference.getStamp()+1);
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"\t 第2次版本号"+stampedReference.getStamp()+"\t值是"+stampedReference.getReference());
            stampedReference.compareAndSet(101,100,stampedReference.getStamp(),stampedReference.getStamp()+1);
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"\t 第3次版本号"+stampedReference.getStamp()+"\t值是"+stampedReference.getReference());
        },"t3").start();

        new Thread(()->{
            int stamp = stampedReference.getStamp();
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"\t 第1次版本号"+stamp+"\t值是"+stampedReference.getReference());
            //保证线程3完成1次ABA
            try { TimeUnit.SECONDS.sleep(3); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); }
            boolean result = stampedReference.compareAndSet(100, 2019, stamp, stamp + 1);
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"\t 修改成功否"+result+"\t最新版本号"+stampedReference.getStamp());
            System.out.println("最新的值\t"+stampedReference.getReference());
        },"t4").start();
    }
 

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17、公平锁/非公平锁/可重入锁/递归锁/自旋锁谈谈你的理解?请手写一个自旋锁

公平锁和非公平锁

是什么

公平锁
    是指多个线程按照申请锁的顺序来获取锁类似排队打饭 先来后到
非公平锁
    是指在多线程获取锁的顺序并不是按照申请锁的顺序,有可能后申请的线程比先申请的线程优先获取到锁,在高并发的情况下,有可能造成优先级反转或者饥饿现象
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两者的区别

公平锁/非公平锁
并发包ReentrantLock的创建可以指定构造函数的boolean类型来得到公平锁或者非公平锁 默认是非公平锁

可重入锁(又名递归锁)

ReentrantLock/synchronized就是一个典型的可重入锁

可重入锁最大的作用就是避免死锁

class Phone{
    public synchronized void sendSms() throws Exception{
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"\tsendSms");
        sendEmail();
    }
    public synchronized void sendEmail() throws Exception{
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"\tsendEmail");
    }

}
/**
 * Description:
 *  可重入锁(也叫做递归锁)
 *  指的是同一先生外层函数获得锁后,内层敌对函数任然能获取该锁的代码
 *  在同一线程外外层方法获取锁的时候,在进入内层方法会自动获取锁
 *
 *  也就是说,线程可以进入任何一个它已经标记的锁所同步的代码块
 *
 * @author veliger@163.com
 * @date 2019-04-12 23:36
 **/
public class ReenterLockDemo {
    /**
     * t1 sendSms
     * t1 sendEmail
     * t2 sendSms
     * t2 sendEmail
     * @param args
     */
    public static void main(String[] args) {
        Phone phone = new Phone();
        new Thread(()->{
            try {
                phone.sendSms();
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            }
        },"t1").start();
        new Thread(()->{
            try {
                phone.sendSms();
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            }
        },"t2").start();
    }
}
 
 

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自旋锁

package JUC.CAS;

import java.util.concurrent.TimeUnit;
import java.util.concurrent.atomic.AtomicReference;

/*
* 题目：
*   实现一个自旋锁
*   自旋锁的好处：循环比较直到成功为止，没有类似wait的阻塞
*
*   通过CAS操作完成自旋锁，A线程先进来调用mylock方法自己持有锁5秒，B随后进来发现当前
*   有线程持有锁，不是null,所有只能通过自旋等待，所以只能通过自旋等待，直到A释放锁后B随后抢到
* */
public class SpinLockDemo {

    //原子引用线程
    AtomicReference<Thread> atomicReference=new AtomicReference<>();

    public void myLock(){
        Thread thread=Thread.currentThread();
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"\t come in");
        while (!atomicReference.compareAndSet(null,thread)){

        }
    }

    public void myUnlock(){
        Thread thread = Thread.currentThread();
        atomicReference.compareAndSet(thread,null);
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"\t invoked myUnLock()");

    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        
        SpinLockDemo spinLockDemo = new SpinLockDemo();
        
        new Thread(()->{
            spinLockDemo.myLock();
            try {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(5);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            spinLockDemo.myUnlock();
        },"AA").start();

        TimeUnit.SECONDS.sleep(1);

        new Thread(()->{
            spinLockDemo.myLock();
            try {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            spinLockDemo.myUnlock();
        },"BB").start();
    }
}
 
 

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独占锁(写)/共享锁(读)/互斥锁

/**
 * 资源类
 */
class MyCaChe {
    /**
     * 保证可见性
     */
    private volatile Map<String, Object> map = new HashMap<>();
    private ReentrantReadWriteLock reentrantReadWriteLock = new ReentrantReadWriteLock();

    /**
     * 写
     *
     * @param key
     * @param value
     */
    public void put(String key, Object value) {
        reentrantReadWriteLock.writeLock().lock();
        try {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\t正在写入" + key);
            //模拟网络延时
            try {
                TimeUnit.MICROSECONDS.sleep(300);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            map.put(key, value);
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\t正在完成");
        } finally {
            reentrantReadWriteLock.writeLock().unlock();
        }
    }

    /**
     * 读
     *
     * @param key
     */
    public void get(String key) {
        reentrantReadWriteLock.readLock().lock();
        try {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\t正在读取");
            //模拟网络延时
            try {
                TimeUnit.MICROSECONDS.sleep(300);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            Object result = map.get(key);
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\t正在完成" + result);
        } finally {
            reentrantReadWriteLock.readLock().unlock();
        }
    }

    public void clearCaChe() {
        map.clear();
    }

}

/**
 * Description:
 * 多个线程同时操作 一个资源类没有任何问题 所以为了满足并发量
 * 读取共享资源应该可以同时进行
 * 但是
 * 如果有一个线程想去写共享资源来  就不应该有其他线程可以对资源进行读或写
 * <p>
 * 小总结:
 * 读 读能共存
 * 读 写不能共存
 * 写 写不能共存
 * 写操作 原子+独占 整个过程必须是一个完成的统一整体 中间不允许被分割 被打断
 *
 * @author veliger@163.com
 * @date 2019-04-13 0:45
 **/
public class ReadWriteLockDemo {
    public static void main(String[] args) {
        MyCaChe myCaChe = new MyCaChe();
        for (int i = 1; i <= 5; i++) {
            final int temp = i;
            new Thread(() -> {
                myCaChe.put(temp + "", temp);
            }, String.valueOf(i)).start();
        }
        for (int i = 1; i <= 5; i++) {
            int finalI = i;
            new Thread(() -> {
                myCaChe.get(finalI + "");
            }, String.valueOf(i)).start();
        }
    }
}
 

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18、JUC强大的辅助类讲解

CountDownLatch减少计数

• CountDownLatch主要有两个方法，当一个或多个线程调用await方法时，这些线程会阻塞。
• 其它线程调用countDown方法会将计数器减1(调用countDown方法的线程不会阻塞)，
• 当计数器的值变为0时，因await方法阻塞的线程会被唤醒，继续执行。

import java.util.concurrent.CountDownLatch;
 
 
/**
 * 
 * @Description:
 *  *让一些线程阻塞直到另一些线程完成一系列操作后才被唤醒。
 * 
 * CountDownLatch主要有两个方法，当一个或多个线程调用await方法时，这些线程会阻塞。
 * 其它线程调用countDown方法会将计数器减1(调用countDown方法的线程不会阻塞)，
 * 当计数器的值变为0时，因await方法阻塞的线程会被唤醒，继续执行。
 * 
 * 解释：6个同学陆续离开教室后值班同学才可以关门。
 * 
 * main主线程必须要等前面6个线程完成全部工作后，自己才能开干 
 */
public class CountDownLatchDemo
{
   public static void main(String[] args) throws InterruptedException
   {
         CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(6);
       
       for (int i = 1; i <=6; i++) //6个上自习的同学，各自离开教室的时间不一致
       {
          new Thread(() -> {
              System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"\t 号同学离开教室");
              countDownLatch.countDown();
          }, String.valueOf(i)).start();
       }
       countDownLatch.await();
       System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"\t****** 班长关门走人，main线程是班长");
          
   }
 
 
}
 

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CyclicBarrier循环栅栏

• CyclicBarrier的字面意思是可循环（Cyclic）使用的屏障（Barrier）。它要做的事情是，让一组线程到达一个屏障（也可以叫同步点）时被阻塞，直到最后一个线程到达屏障时，屏障才会开门，所有被屏障拦截的线程才会继续干活。线程进入屏障通过CyclicBarrier的await()方法。

import java.util.concurrent.BrokenBarrierException;
import java.util.concurrent.CyclicBarrier;
 
/**
 * 
 *
 * CyclicBarrier
 * 的字面意思是可循环（Cyclic）使用的屏障（Barrier）。它要做的事情是，
 * 让一组线程到达一个屏障（也可以叫同步点）时被阻塞，
 * 直到最后一个线程到达屏障时，屏障才会开门，所有
 * 被屏障拦截的线程才会继续干活。
 * 线程进入屏障通过CyclicBarrier的await()方法。
 * 
 * 集齐7颗龙珠就可以召唤神龙
 */
public class CyclicBarrierDemo
{
  private static final int NUMBER = 7;
  
  public static void main(String[] args)
  {
     //CyclicBarrier(int parties, Runnable barrierAction) 
     
     CyclicBarrier cyclicBarrier = new CyclicBarrier(NUMBER, ()->{System.out.println("*****集齐7颗龙珠就可以召唤神龙");}) ;
     
     for (int i = 1; i <= 7; i++) {
       new Thread(() -> {
          try {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"\t 星龙珠被收集 ");
            cyclicBarrier.await();
          } catch (InterruptedException | BrokenBarrierException e) {
            // TODO Auto-generated catch block
            e.printStackTrace();
          }
       
       }, String.valueOf(i)).start();
     }
     
 
  }
}
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Semaphore信号量

在信号量上我们定义两种操作：

• acquire（获取） 当一个线程调用acquire操作时，它要么通过成功获取信号量（信号量减1），要么一直等下去，直到有线程释放信号量，或超时。
• release（释放）实际上会将信号量的值加1，然后唤醒等待的线程。
• 信号量主要用于两个目的，一个是用于多个共享资源的互斥使用，另一个用于并发线程数的控制。

 import java.util.Random;
import java.util.concurrent.Semaphore;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
 
/**
 * 
 * @Description: TODO(这里用一句话描述这个类的作用)  
 * 
 * 在信号量上我们定义两种操作：
 * acquire（获取） 当一个线程调用acquire操作时，它要么通过成功获取信号量（信号量减1），
 *             要么一直等下去，直到有线程释放信号量，或超时。
 * release（释放）实际上会将信号量的值加1，然后唤醒等待的线程。
 * 
 * 信号量主要用于两个目的，一个是用于多个共享资源的互斥使用，另一个用于并发线程数的控制。
 */
public class SemaphoreDemo
{
  public static void main(String[] args)
  {
     Semaphore semaphore = new Semaphore(3);//模拟3个停车位
     
     for (int i = 1; i <=6; i++) //模拟6部汽车
     {
       new Thread(() -> {
          try 
          {
            semaphore.acquire();
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"\t 抢到了车位");
            TimeUnit.SECONDS.sleep(new Random().nextInt(5));
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"\t------- 离开");
          } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
          }finally {
            semaphore.release();
          }
       }, String.valueOf(i)).start();
     }
     
  }
}
 

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19、死锁编码及定位分析

//产生死锁代码
class HoldThread implements Runnable {

    private String lockA;
    private String lockB;

    public HoldThread(String lockA, String lockB) {
        this.lockA = lockA;
        this.lockB = lockB;
    }

    @Override
    public void run() {
        synchronized (lockA) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\t 自己持有锁" + lockA + "尝试获得" + lockB);
            try {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            synchronized (lockB) {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\t 自己持有锁" + lockB + "尝试获得" + lockA);
            }
        }
    }
}

/**
 * Description:
 * 死锁是指两个或者以上的进程在执行过程中,
 * 因争夺资源而造成的一种相互等待的现象,
 * 若无外力干涉那他们都将无法推进下去
 *
 * @author veliger@163.com
 * @date 2019-04-14 0:05
 **/
public class DeadLockDemo {
    public static void main(String[] args) {
        String lockA = "lockA";
        String lockB = "lockB";
        new Thread(new HoldThread(lockA, lockB), "threadAAA").start();
        new Thread(new HoldThread(lockB, lockA), "threadBBB").start();
    }
}
 

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解决

jps命令定位进程编号

jstack找到死锁查看

20、同步器 AQS

AQS 的全称为：AbstractQueuedSynchronizer，这个类在 java.util.concurrent.locks 包下面。AQS 是一个用来构建锁和同步器的框架，使用 AQS 能简单且高效地构造出应用广泛的大量的同步器，比如：我们提到的 ReentrantLock，Semaphore，其他的诸如ReentrantReadWriteLock，SynchronousQueue，FutureTask 等等皆是基于 AQS 的。当然，我们自己也能利用 AQS 非常轻松容易地构造出符合我们自己需求的同步器。

AQS 的原理是什么？

AQS 核心思想是：如果被请求的共享资源空闲，则将当前请求资源的线程设置为有效的工作线程，并且将共享资源设置为锁定状态。如果被请求的共享资源被占用，那么就需要一套线程阻塞等待以及被唤醒时锁分配的机制，这个机制 AQS 是用 CLH 队列锁实现的，即将暂时获取不到锁的线程加入到队列中。

CLH队列：

CLH(Craig, Landin, and Hagersten)队列是一个虚拟的双向队列（虚拟的双向队列即不存在队列实例，仅存在结点之间的关联关系）。AQS 是将每条请求共享资源的线程封装成一个 CLH 锁队列的一个结点（Node）来实现锁的分配。
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AQS的主要思想就是维护一个单一的状态信息state，通过getState()，setState()，compareAndSetState()方法来修改其值。对于AQS来说，线程同步的关键就是对状态值state进行操作，根据操作state的方式，又分为独占锁和共享锁；在独占方式下的获取和释放资源的方法为：acquire()和release()，在共享方式下的获取和释放资源的方法为：acquireShared()和releaseShared()。

使用独占方式获取的资源是与具体线程绑定的，就是如果一个线程获取了资源，就会标记是这个线程获取到了，其他线程再尝试操作state时会发现当前资源不是自己持有的，就会在获取失败后阻塞，然后该线程会被包装为一个Node节点，加入到AQS阻塞队列当中，直到持有state的线程释放资源，该线程会被唤醒继续争取资源。比如独占锁ReentrantLock的实现，当一个线程获取了ReentrantLock后，在AQS内部会使用CAS操作把state状态值从0改为1，然后设置当前锁的持有者为当前线程，当该线程再次获取锁的时候发现它就是锁的持有者，则会把状态值从1改为2，也就是设置了重入次数为2，当另一个线程获取锁时发现自己并不是锁的持有者就会被放入AQS阻塞队列后挂起。

谈到并发，我们不得不说AQS(AbstractQueuedSynchronizer)，所谓的AQS即是抽象的队列式的同步器，内部定义了很多锁相关的方法，我们熟知的ReentrantLock、ReentrantReadWriteLock、CountDownLatch、Semaphore等都是基于AQS来实现的。

我们先看下AQS相关的UML图：

1AQS实现原理

AQS中 维护了一个volatile int state（代表共享资源）和一个FIFO线程等待队列（多线程争用资源被阻塞时会进入此队列）。

这里volatile能够保证多线程下的可见性，当state=1则代表当前对象锁已经被占有，其他线程来加锁时则会失败，加锁失败的线程会被放入一个FIFO的等待队列中，比列会被UNSAFE.park()操作挂起，等待其他获取锁的线程释放锁才能够被唤醒。

另外state的操作都是通过CAS来保证其并发修改的安全性。

具体原理我们可以用一张图来简单概括：

AQS 中提供了很多关于锁的实现方法，

• getState()：获取锁的标志state值
• setState()：设置锁的标志state值
• tryAcquire(int)：独占方式获取锁。尝试获取资源，成功则返回true，失败则返回false。
• tryRelease(int)：独占方式释放锁。尝试释放资源，成功则返回true，失败则返回false。

这里还有一些方法并没有列出来，接下来我们以ReentrantLock作为突破点通过源码和画图的形式一步步了解AQS内部实现原理。

2目录结构

文章准备模拟多线程竞争锁、释放锁的场景来进行分析AQS源码：

三个线程(线程一、线程二、线程三)同时来加锁/释放锁

目录如下：

• 线程一加锁成功时AQS内部实现
• 线程二/三加锁失败时AQS中等待队列的数据模型
• 线程一释放锁及线程二获取锁实现原理
• 通过线程场景来讲解公平锁具体实现原理
• 通过线程场景来讲解Condition中await()和signal()实现原理

这里会通过画图来分析每个线程加锁、释放锁后AQS内部的数据结构和实现原理

3 场景分析

线程一加锁成功

如果同时有三个线程并发抢占锁，此时线程一抢占锁成功，线程二和线程三抢占锁失败，具体执行流程如下：

此时AQS内部数据为：

线程二、线程三加锁失败：

有图可以看出，等待队列中的节点Node是一个双向链表，这里SIGNAL是Node中waitStatus属性，Node中还有一个nextWaiter属性，这个并未在图中画出来，这个到后面Condition会具体讲解的。

具体看下抢占锁代码实现：

java.util.concurrent.locks.ReentrantLock .NonfairSync:
static final class NonfairSync extends Sync {
    
    final void lock() {
        if (compareAndSetState(0, 1))
            setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread());
        else
            acquire(1);
    }

    protected final boolean tryAcquire(int acquires) {
        return nonfairTryAcquire(acquires);
    }
}
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这里使用的ReentrantLock非公平锁，线程进来直接利用CAS尝试抢占锁，如果抢占成功state值回被改为1，且设置对象独占锁线程为当前线程。如下所示：

protected final boolean compareAndSetState(int expect, int update) {
    return unsafe.compareAndSwapInt(this, stateOffset, expect, update);
}

protected final void setExclusiveOwnerThread(Thread thread) {
    exclusiveOwnerThread = thread;
}
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线程二抢占锁失败

我们按照真实场景来分析，线程一抢占锁成功后，state变为1，线程二通过CAS修改state变量必然会失败。此时AQS中FIFO(First In First Out 先进先出)队列中数据如图所示：

我们将线程二执行的逻辑一步步拆解来看：

java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedSynchronizer.acquire():

public final void acquire(int arg) {
    if (!tryAcquire(arg) &&
        acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg))
        selfInterrupt();
}
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先看看tryAcquire()的具体实现：java.util.concurrent.locks.ReentrantLock .nonfairTryAcquire():

final boolean nonfairTryAcquire(int acquires) {
    final Thread current = Thread.currentThread();
    int c = getState();
    if (c == 0) {
        if (compareAndSetState(0, acquires)) {
            setExclusiveOwnerThread(current);
            return true;
        }
    }
    else if (current == getExclusiveOwnerThread()) {
        int nextc = c + acquires;
        if (nextc < 0)
            throw new Error("Maximum lock count exceeded");
        setState(nextc);
        return true;
    }
    return false;
}
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nonfairTryAcquire()方法中首先会获取state的值，如果不为0则说明当前对象的锁已经被其他线程所占有，接着判断占有锁的线程是否为当前线程，如果是则累加state值，这就是可重入锁的具体实现，累加state值，释放锁的时候也要依次递减state值。

如果state为0，则执行CAS操作，尝试更新state值为1，如果更新成功则代表当前线程加锁成功。

以线程二为例，因为线程一已经将state修改为1，所以线程二通过CAS修改state的值不会成功。加锁失败。

线程二执行tryAcquire()后会返回false，接着执行addWaiter(Node.EXCLUSIVE)逻辑，将自己加入到一个FIFO等待队列中，代码实现如下：

java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedSynchronizer.addWaiter():

private Node addWaiter(Node mode) {    
    Node node = new Node(Thread.currentThread(), mode);
    Node pred = tail;
    if (pred != null) {
        node.prev = pred;
        if (compareAndSetTail(pred, node)) {
            pred.next = node;
            return node;
        }
    }
    enq(node);
    return node;
}
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这段代码首先会创建一个和当前线程绑定的Node节点，Node为双向链表。此时等待队列中的tail指针为空，直接调用enq(node)方法将当前线程加入等待队列尾部：

private Node enq(final Node node) {
    for (;;) {
        Node t = tail;
        if (t == null) {
            if (compareAndSetHead(new Node()))
                tail = head;
        } else {
            node.prev = t;
            if (compareAndSetTail(t, node)) {
                t.next = node;
                return t;
            }
        }
    }
}
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第一遍循环时tail指针为空，进入if逻辑，使用CAS操作设置head指针，将head指向一个新创建的Node节点。此时AQS中数据：

执行完成之后，head、tail、t都指向第一个Node元素。

接着执行第二遍循环，进入else逻辑，此时已经有了head节点，这里要操作的就是将线程二对应的Node节点挂到head节点后面。此时队列中就有了两个Node节点：

addWaiter()方法执行完后，会返回当前线程创建的节点信息。继续往后执行acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg)逻辑，此时传入的参数为线程二对应的Node节点信息：

java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedSynchronizer.acquireQueued():

final boolean acquireQueued(final Node node, int arg) {
    boolean failed = true;
    try {
        boolean interrupted = false;
        for (;;) {
            final Node p = node.predecessor();
            if (p == head && tryAcquire(arg)) {
                setHead(node);
                p.next = null; // help GC
                failed = false;
                return interrupted;
            }
            if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) &&
                parkAndChecknIterrupt())
                interrupted = true;
        }
    } finally {
        if (failed)
            cancelAcquire(node);
    }
}

private static boolean shouldParkAfterFailedAcquire(Node pred, Node node) {
    int ws = pred.waitStatus;
    if (ws == Node.SIGNAL)
        return true;
    if (ws > 0) {
        do {
            node.prev = pred = pred.prev;
        } while (pred.waitStatus > 0);
        pred.next = node;
    } else {
        compareAndSetWaitStatus(pred, ws, Node.SIGNAL);
    }
    return false;
}

private final boolean parkAndCheckInterrupt() {
    LockSupport.park(this);
    return Thread.interrupted();
}
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acquireQueued()这个方法会先判断当前传入的Node对应的前置节点是否为head，如果是则尝试加锁。加锁成功过则将当前节点设置为head节点，然后空置之前的head节点，方便后续被垃圾回收掉。

如果加锁失败或者Node的前置节点不是head节点，就会通过shouldParkAfterFailedAcquire方法 将head节点的waitStatus变为了SIGNAL=-1，最后执行parkAndChecknIterrupt方法，调用LockSupport.park()挂起当前线程。

此时AQS中的数据如下图：

此时线程二就静静的待在AQS的等待队列里面了，等着其他线程释放锁来唤醒它。

线程三抢占锁失败

看完了线程二抢占锁失败的分析，那么再来分析线程三抢占锁失败就很简单了，先看看addWaiter(Node mode)方法：

private Node addWaiter(Node mode) {
    Node node = new Node(Thread.currentThread(), mode);
    Node pred = tail;
    if (pred != null) {
        node.prev = pred;
        if (compareAndSetTail(pred, node)) {
            pred.next = node;
            return node;
        }
    }
    enq(node);
    return node;
}
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此时等待队列的tail节点指向线程二，进入if逻辑后，通过CAS指令将tail节点重新指向线程三。接着线程三调用enq()方法执行入队操作，和上面线程二执行方式是一致的，入队后会修改线程二对应的Node中的waitStatus=SIGNAL。最后线程三也会被挂起。此时等待队列的数据如图：

线程一释放锁

现在来分析下释放锁的过程，首先是线程一释放锁，释放锁后会唤醒head节点的后置节点，也就是我们现在的线程二，具体操作流程如下：

执行完后等待队列数据如下：

此时线程二已经被唤醒，继续尝试获取锁，如果获取锁失败，则会继续被挂起。如果获取锁成功，则AQS中数据如图：

接着还是一步步拆解来看，先看看线程一释放锁的代码：

java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedSynchronizer.release()
public final boolean release(int arg) {
    if (tryRelease(arg)) {
        Node h = head;
        if (h != null && h.waitStatus != 0)
            unparkSuccessor(h);
        return true;
    }
    return false;
}
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这里首先会执行tryRelease()方法，这个方法具体实现在ReentrantLock中，如果tryRelease执行成功，则继续判断head节点的waitStatus是否为0，前面我们已经看到过，head的waitStatue为SIGNAL(-1)，这里就会执行unparkSuccessor()方法来唤醒head的后置节点，也就是我们上面图中线程二对应的Node节点。

此时看ReentrantLock.tryRelease()中的具体实现：

protected final boolean tryRelease(int releases) {
    int c = getState() - releases;
    if (Thread.currentThread() != getExclusiveOwnerThread())
        throw new IllegalMonitorStateException();
    boolean free = false;
    if (c == 0) {
        free = true;
        setExclusiveOwnerThread(null);
    }
    setState(c);
    return free;
}
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执行完ReentrantLock.tryRelease()后，state被设置成0，Lock对象的独占锁被设置为null。此时看下AQS中的数据：

接着执行java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedSynchronizer.unparkSuccessor()方法，唤醒head的后置节点：

private void unparkSuccessor(Node node) {
    int ws = node.waitStatus;
    if (ws < 0)
        compareAndSetWaitStatus(node, ws, 0);
    Node s = node.next;
    if (s == null || s.waitStatus > 0) {
        s = null;
        for (Node t = tail; t != null && t != node; t = t.prev)
            if (t.waitStatus <= 0)
                s = t;
    }
    if (s != null)
        LockSupport.unpark(s.thread);
}
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这里主要是将head节点的waitStatus设置为0，然后解除head节点next的指向，使head节点空置，等待着被垃圾回收。

此时重新将head指针指向线程二对应的Node节点，且使用LockSupport.unpark方法来唤醒线程二。

被唤醒的线程二会接着尝试获取锁，用CAS指令修改state数据。执行完成后可以查看AQS中数据：

此时线程二被唤醒，线程二接着之前被park的地方继续执行，继续执行acquireQueued()方法。

线程二唤醒继续加锁

final boolean acquireQueued(final Node node, int arg) {
    boolean failed = true;
    try {
        boolean interrupted = false;
        for (;;) {
            final Node p = node.predecessor();
            if (p == head && tryAcquire(arg)) {
                setHead(node);
                p.next = null; // help GC
                failed = false;
                return interrupted;
            }
            if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) &&
                parkAndCheckInterrupt())
                interrupted = true;
        }
    } finally {
        if (failed)
            cancelAcquire(node);
    }
}
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此时线程二被唤醒，继续执行for循环，判断线程二的前置节点是否为head，如果是则继续使用tryAcquire()方法来尝试获取锁，其实就是使用CAS操作来修改state值，如果修改成功则代表获取锁成功。接着将线程二设置为head节点，然后空置之前的head节点数据，被空置的节点数据等着被垃圾回收。

此时线程三获取锁成功，AQS中队列数据如下：

等待队列中的数据都等待着被垃圾回收。

线程二释放锁/线程三加锁

当线程二释放锁时，会唤醒被挂起的线程三，流程和上面大致相同，被唤醒的线程三会再次尝试加锁，具体代码可以参考上面内容。具体流程图如下：

此时AQS中队列数据如图：

4公平锁实现原理

上面所有的加锁场景都是基于非公平锁来实现的，非公平锁是ReentrantLock的默认实现，那我们接着来看一下公平锁的实现原理，这里先用一张图来解释公平锁和非公平锁的区别：

非公平锁执行流程：

这里我们还是用之前的线程模型来举例子，当线程二释放锁的时候，唤醒被挂起的线程三，线程三执行tryAcquire()方法使用CAS操作来尝试修改state值，如果此时又来了一个线程四也来执行加锁操作，同样会执行tryAcquire()方法。

这种情况就会出现竞争，线程四如果获取锁成功，线程三仍然需要待在等待队列中被挂起。这就是所谓的非公平锁，线程三辛辛苦苦排队等到自己获取锁，却眼巴巴的看到线程四插队获取到了锁。

公平锁执行流程：

公平锁在加锁的时候，会先判断AQS等待队列中是存在节点，如果存在节点则会直接入队等待，具体代码如下.

公平锁在获取锁是也是首先会执行acquire()方法，只不过公平锁单独实现了tryAcquire()方法：

#java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedSynchronizer.acquire():

public final void acquire(int arg) {
    if (!tryAcquire(arg) &&
        acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg))
        selfInterrupt();
}
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这里会执行ReentrantLock中公平锁的tryAcquire()方法

#java.util.concurrent.locks.ReentrantLock.FairSync.tryAcquire():

static final class FairSync extends Sync {
    protected final boolean tryAcquire(int acquires) {
        final Thread current = Thread.currentThread();
        int c = getState();
        if (c == 0) {
            if (!hasQueuedPredecessors() &&
                compareAndSetState(0, acquires)) {
                setExclusiveOwnerThread(current);
                return true;
            }
        }
        else if (current == getExclusiveOwnerThread()) {
            int nextc = c + acquires;
            if (nextc < 0)
                throw new Error("Maximum lock count exceeded");
            setState(nextc);
            return true;
        }
        return false;
    }
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这里会先判断state值，如果不为0且获取锁的线程不是当前线程，直接返回false代表获取锁失败，被加入等待队列。如果是当前线程则可重入获取锁。

如果state=0则代表此时没有线程持有锁，执行hasQueuedPredecessors()判断AQS等待队列中是否有元素存在，如果存在其他等待线程，那么自己也会加入到等待队列尾部，做到真正的先来后到，有序加锁。具体代码如下：

#java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedSynchronizer.hasQueuedPredecessors():

public final boolean hasQueuedPredecessors() {
    Node t = tail;
    Node h = head;
    Node s;
    return h != t &&
        ((s = h.next) == null || s.thread != Thread.currentThread());
}
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这段代码很有意思，返回false代表队列中没有节点或者仅有一个节点是当前线程创建的节点。返回true则代表队列中存在等待节点，当前线程需要入队等待。

先判断head是否等于tail，如果队列中只有一个Node节点，那么head会等于tail，接着判断head的后置节点，这里肯定会是null，如果此Node节点对应的线程和当前的线程是同一个线程，那么则会返回false，代表没有等待节点或者等待节点就是当前线程创建的Node节点。此时当前线程会尝试获取锁。

如果head和tail不相等，说明队列中有等待线程创建的节点，此时直接返回true，如果只有一个节点，而此节点的线程和当前线程不一致，也会返回true

非公平锁和公平锁的区别：非公平锁性能高于公平锁性能。非公平锁可以减少CPU唤醒线程的开销，整体的吞吐效率会高点，CPU也不必取唤醒所有线程，会减少唤起线程的数量

非公平锁性能虽然优于公平锁，但是会存在导致线程饥饿的情况。在最坏的情况下，可能存在某个线程一直获取不到锁。不过相比性能而言，饥饿问题可以暂时忽略，这可能就是ReentrantLock默认创建非公平锁的原因之一了。

5Condition实现原理

**Condition 简介

**

上面已经介绍了AQS所提供的核心功能，当然它还有很多其他的特性，这里我们来继续说下Condition这个组件。

Condition`是在`java 1.5`中才出现的，它用来替代传统的`Object`的`wait()`、`notify()`实现线程间的协作，相比使用`Object`的`wait()`、`notify()`，使用`Condition`中的`await()`、`signal()`这种方式实现线程间协作更加安全和高效。因此通常来说比较推荐使用`Condition
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其中AbstractQueueSynchronizer中实现了Condition中的方法，主要对外提供awaite(Object.wait())和signal(Object.notify())调用。

Condition Demo示例

使用示例代码：

/**
 * ReentrantLock 实现源码学习
 * @author 一枝花算不算浪漫
 * @date 2020/4/28 7:20
 */
public class ReentrantLockDemo {
    static ReentrantLock lock = new ReentrantLock();

    public static void main(String[] args) {
        Condition condition = lock.newCondition();

        new Thread(() -> {
            lock.lock();
            try {
                System.out.println("线程一加锁成功");
                System.out.println("线程一执行await被挂起");
                condition.await();
                System.out.println("线程一被唤醒成功");
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            } finally {
                lock.unlock();
                System.out.println("线程一释放锁成功");
            }
        }).start();

        new Thread(() -> {
            lock.lock();
            try {
                System.out.println("线程二加锁成功");
                condition.signal();
                System.out.println("线程二唤醒线程一");
            } finally {
                lock.unlock();
                System.out.println("线程二释放锁成功");
            }
        }).start();
    }
}
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执行结果如下图：

这里线程一先获取锁，然后使用await()方法挂起当前线程并释放锁，线程二获取锁后使用signal唤醒线程一。

Condition实现原理图解

我们还是用上面的demo作为实例，执行的流程如下：

线程一执行await()方法：

先看下具体的代码实现，#java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedSynchronizer.ConditionObject.await()：

 public final void await() throws InterruptedException {
    if (Thread.interrupted())
        throw new InterruptedException();
    Node node = addConditionWaiter();
    int savedState = fullyRelease(node);
    int interruptMode = 0;
    while (!isOnSyncQueue(node)) {
        LockSupport.park(this);
        if ((interruptMode = checkInterruptWhileWaiting(node)) != 0)
            break;
    }
    if (acquireQueued(node, savedState) && interruptMode != THROW_IE)
        interruptMode = REINTERRUPT;
    if (node.nextWaiter != null) // clean up if cancelled
        unlinkCancelledWaiters();
    if (interruptMode != 0)
        reportInterruptAfterWait(interruptMode);
}
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await()方法中首先调用addConditionWaiter()将当前线程加入到Condition队列中。

执行完后我们可以看下Condition队列中的数据：

具体实现代码为：

private Node addConditionWaiter() {
    Node t = lastWaiter;
    if (t != null && t.waitStatus != Node.CONDITION) {
        unlinkCancelledWaiters();
        t = lastWaiter;
    }
    Node node = new Node(Thread.currentThread(), Node.CONDITION);
    if (t == null)
        firstWaiter = node;
    else
        t.nextWaiter = node;
    lastWaiter = node;
    return node;
}
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这里会用当前线程创建一个Node节点，waitStatus为CONDITION。接着会释放该节点的锁，调用之前解析过的release()方法，释放锁后此时会唤醒被挂起的线程二，线程二会继续尝试获取锁。

接着调用isOnSyncQueue()方法判断当前节点是否为Condition队列中的头部节点，如果是则调用LockSupport.park(this)挂起Condition中当前线程。此时线程一被挂起，线程二获取锁成功。

具体流程如下图：

线程二执行signal()方法：

首先我们考虑下线程二已经获取到锁，此时AQS等待队列中已经没有了数据。

接着就来看看线程二唤醒线程一的具体执行流程：

public final void signal() {
    if (!isHeldExclusively())
        throw new IllegalMonitorStateException();
    Node first = firstWaiter;
    if (first != null)
        doSignal(first);
}
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先判断当前线程是否为获取锁的线程，如果不是则直接抛出异常。接着调用doSignal()方法来唤醒线程。

private void doSignal(Node first) {
    do {
        if ( (firstWaiter = first.nextWaiter) == null)
            lastWaiter = null;
        first.nextWaiter = null;
    } while (!transferForSignal(first) &&
             (first = firstWaiter) != null);
}

final boolean transferForSignal(Node node) {
    if (!compareAndSetWaitStatus(node, Node.CONDITION, 0))
        return false;

    Node p = enq(node);
    int ws = p.waitStatus;
    if (ws > 0 || !compareAndSetWaitStatus(p, ws, Node.SIGNAL))
        LockSupport.unpark(node.thread);
    return true;
}

/**
 * Inserts node into queue, initializing if necessary. See picture above.
 * @param node the node to insert
 * @return node's predecessor
 */
private Node enq(final Node node) {
    for (;;) {
        Node t = tail;
        if (t == null) { // Must initialize
            if (compareAndSetHead(new Node()))
                tail = head;
        } else {
            node.prev = t;
            if (compareAndSetTail(t, node)) {
                t.next = node;
                return t;
            }
        }
    }
}
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这里先从transferForSignal()方法来看，通过上面的分析我们知道Condition队列中只有线程一创建的一个Node节点，且waitStatue为CONDITION，先通过CAS修改当前节点waitStatus为0，然后执行enq()方法将当前线程加入到等待队列中，并返回当前线程的前置节点。

加入等待队列的代码在上面也已经分析过，此时等待队列中数据如下图：

接着开始通过CAS修改当前节点的前置节点waitStatus为SIGNAL，并且唤醒当前线程。此时AQS中等待队列数据为：

线程一被唤醒后，继续执行await()方法中的 while 循环。

public final void await() throws InterruptedException {
    if (Thread.interrupted())
        throw new InterruptedException();
    Node node = addConditionWaiter();
    int savedState = fullyRelease(node);
    int interruptMode = 0;
    while (!isOnSyncQueue(node)) {
        LockSupport.park(this);
        if ((interruptMode = checkInterruptWhileWaiting(node)) != 0)
            break;
    }
    if (acquireQueued(node, savedState) && interruptMode != THROW_IE)
        interruptMode = REINTERRUPT;
    if (node.nextWaiter != null) // clean up if cancelled
        unlinkCancelledWaiters();
    if (interruptMode != 0)
        reportInterruptAfterWait(interruptMode);
}
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因为此时线程一的waitStatus已经被修改为0，所以执行isOnSyncQueue()方法会返回false。跳出while循环。

接着执行acquireQueued()方法，这里之前也有讲过，尝试重新获取锁，如果获取锁失败继续会被挂起。直到另外线程释放锁才被唤醒。

final boolean acquireQueued(final Node node, int arg) {
    boolean failed = true;
    try {
        boolean interrupted = false;
        for (;;) {
            final Node p = node.predecessor();
            if (p == head && tryAcquire(arg)) {
                setHead(node);
                p.next = null; // help GC
                failed = false;
                return interrupted;
            }
            if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) &&
                parkAndCheckInterrupt())
                interrupted = true;
        }
    } finally {
        if (failed)
            cancelAcquire(node);
    }
}
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此时线程一的流程都已经分析完了，等线程二释放锁后，线程一会继续重试获取锁，流程到此终结。

Condition总结

我们总结下 Condition 和 wait/notify 的比较：

• Condition 可以精准的对多个不同条件进行控制，wait/notify 只能和 synchronized 关键字一起使用，并且只能唤醒一个或者全部的等待队列；
• Condition 需要使用 Lock 进行控制，使用的时候要注意 lock() 后及时的 unlock()，Condition 有类似于 await 的机制，因此不会产生加锁方式而产生的死锁出现，同时底层实现的是 park/unpark 的机制，因此也不会产生先唤醒再挂起的死锁，一句话就是不会产生死锁，但是 wait/notify 会产生先唤醒再挂起的死锁。

6 总结

这里用了一步一图的方式结合三个线程依次加锁/释放锁来展示了ReentrantLock的实现方式和实现原理，而ReentrantLock底层就是基于AQS实现的，所以我们也对AQS**有了深刻的理解。

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另外还介绍了公平锁与非公平锁的实现原理，Condition的实现原理，基本上都是使用源码+绘图的讲解方式，尽量让大家更容易去理解。

21、谈谈对 ThreadLocal 的理解？

为共享变量在每个线程中创建一个副本，每个线程可以访问自己内部的副本变量

内部源码：

里面会维护一个ThreadLocalMap对象，在ThreadLocalMap中有Entry对象,其中key指的是当前ThreadLocal实例，value指的是ThreadLocal对应的值，其中Entry继承WeakReference，将ThreadLocal对象变成弱引用对象，这样做的好处是在线程销毁的时候，对应的实体就会被回收，不会存在内存泄漏，因为弱引用对象在垃圾回收机制一运行就会被销毁。

1.get() 方法是用来获取 ThreadLocal 在当前线程中保存的变量副本；

2.set() 用来设置当前线程中变量的副本；

3.remove() 用来移除当前线程中变量的副本；

4.initialValue() 是一个 protected 方法，一般是用来在使用时进行重写的，如果在没有 set 的时候就调用 get，会调用 initialValue 方法初始化内容。
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其中key和ThreadLocal是弱引用关系，当gc执行时就会被回收，但是value和ThreadLocal是强引用的关系，不会被回收，因此就会出现key为null，value有值的情况，会导致内存泄露，所以需要remove来移除当前线程中变量的副本来避免内存泄露的问题。

https://www.bilibili.com/read/cv9258735

在哪些场景下会使用到 ThreadLocal？

获取数据库连接，这是我们刚开始学习jdbc的用法，简单使用是没有问题的。但还是有两个问题无法解决：

高并发的情况下，可能多个线程同时获取到数据库连接，就会产生并发的问题。我们想到可以使用同步锁来处理，保证只有一个线程获取到数据库连接，但这样毫无疑问效率非常低。

如果有多条sql需要执行，需要用同一个connection对象。那就需要在多个方法中传递这个connection对象，方法传递会有点麻烦。
那么有没有更好的方法呢，就是本文讲到的ThreadLocal了。我们稍微修改一下：

public class ConnectionManager {
    private static String url ="***";

    private static final ThreadLocal<Connection> threadLocal = new ThreadLocal<Connection>();

    public static Connection openConnection() throws SQLException {
        Connection connect = threadLocal.get();
        if(connect == null){
            connect = DriverManager.getConnection(url);
            threadLocal.set(connect);
        }
        return connect;
    }
}
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使用了ThreadLocal后，由于线程访问的都是自己的Connection对象，所以就不存在高并发的问题。同时还解决了事务的问题，同一个事务里，Connection对象不需要传来传去，直接用ThreadLocal获取就可以了。
所以我们总结一下ThreadLocal的两点好处：

1.每个线程有自己的ThreadLocalMap对象，线程各自访问各自的，提供了保存对象到线程的方法。

2.减少了线程间传递参数的麻烦。

基于这样两点好处，我们在获取数据库连接，获取session，获取token信息等场景下使用ThreadLocal会很方便。