Java复习之 ReentrantLock 原理（CAS+AQS）

转载于三太子敖丙！！！

ReentrantLock原理（CAS+AQS）

CAS+AQS队列来实现

（1）：先通过CAS尝试获取锁， 如果此时已经有线程占据了锁，那就加入AQS队列并且被挂起；

（2）：当锁被释放之后， 排在队首的线程会被唤醒CAS再次尝试获取锁，

（3）：如果是非公平锁， 同时还有另一个线程进来尝试获取可能会让这个线程抢到锁；

（4）：如果是公平锁， 会排到队尾，由队首的线程获取到锁。

AQS 原理

Node内部类构成的一个双向链表结构的同步队列，通过控制（volatile的int类型）state状态来判断锁的状态，对于非可重入锁状态不是0则去阻塞；

对于可重入锁如果是0则执行，非0则判断当前线程是否是获取到这个锁的线程，是的话把state状态＋1，比如重入5次，那么state=5。而在释放锁的时候，同样需要释放5次直到state=0其他线程才有资格获得锁

AQS两种资源共享方式

• Exclusive：独占，只有一个线程能执行，如ReentrantLock

• Share：共享，多个线程可以同时执行，如Semaphore、CountDownLatch、ReadWriteLock，CyclicBarrier

CAS原理

内存值V，旧的预期值A，要修改的新值B，当A=V时，将内存值修改为B，否则什么都不做；

CAS的缺点：

（1）：ABA问题；（2）：如果CAS失败，自旋会给CPU带来压力；（3）：只能保证对一个变量的原子性操作，i++这种是不能保证的

CAS在java中的应用：

（1）：Atomic系列

公平锁与分公平锁

（1）：公平锁指在分配锁前检查是否有线程在排队等待获取该锁，优先分配排队时间最长的线程，非公平直接尝试获取锁 （2）：公平锁需多维护一个锁线程队列，效率低；默认非公平

独占锁与共享锁

（1）：ReentrantLock为独占锁（悲观加锁策略） （2）：ReentrantReadWriteLock中读锁为共享锁 （3）：JDK1.8 邮戳锁（StampedLock）， 不可重入锁 读的过程中也允许获取写锁后写入！这样一来，我们读的数据就可能不一致，所以，需要一点额外的代码来判断读的过程中是否有写入，这种读锁是一种乐观锁， 乐观锁的并发效率更高，但一旦有小概率的写入导致读取的数据不一致，需要能检测出来，再读一遍就行

4种锁状态

• 无锁

• 偏向锁 会偏向第一个访问锁的线程，当一个线程访问同步代码块获得锁时，会在对象头和栈帧记录里存储锁偏向的线程ID，当这个线程再次进入同步代码块时，就不需要CAS操作来加锁了，只要测试一下对象头里是否存储着指向当前线程的偏向锁 如果偏向锁未启动，new出的对象是普通对象（即无锁，有稍微竞争会成轻量级锁），如果启动，new出的对象是匿名偏向（偏向锁） 对象头主要包括两部分数据：Mark Word（标记字段， 存储对象自身的运行时数据）、class Pointer（类型指针， 是对象指向它的类元数据的指针）

• 轻量级锁（自旋锁） （1）：在把线程进行阻塞操作之前先让线程自旋等待一段时间，可能在等待期间其他线程已经 解锁，这时就无需再让线程执行阻塞操作，避免了用户态到内核态的切换。（自适应自旋时间为一个线程上下文切换的时间）

• （2）：在用自旋锁时有可能造成死锁，当递归调用时有可能造成死锁

• （3）：自旋锁底层是通过指向线程栈中Lock Record的指针来实现的

• 重量级锁

轻量级锁与偏向锁的区别

（1）：轻量级锁是通过CAS来避免进入开销较大的互斥操作

（2）：偏向锁是在无竞争场景下完全消除同步，连CAS也不执行

自旋锁升级到重量级锁条件

（1）：某线程自旋次数超过10次；

（2）：等待的自旋线程超过了系统core数的一半；

读写锁了解嘛，知道读写锁的实现方式嘛

常用的读写锁ReentrantReanWritelock，这个其实和reentrantLock相似，也是基于AQS的，但是这个是基于共享资源的，不是互斥，关键在于state的处理，读写锁把高16为记为读状态，低16位记为写状态，就分开了，读读情况其实就是读锁重入，读写/写读/写写都是互斥的，只要判断低16位就好了。

zookeeper实现分布式锁

（1）：利用节点名称唯一性来实现，加锁时所有客户端一起创建节点，只有一个创建成功者获得锁，解锁时删除节点。

（2）：利用临时顺序节点实现，加锁时所有客户端都创建临时顺序节点，创建节点序列号最小的获得锁，否则监视比自己序列号次小的节点进行等待

（3）：方案2比1好处是当zookeeper宕机后，临时顺序节点会自动删除释放锁，不会造成锁等待；

（4）：方案1会产生惊群效应（当有很多进程在等待锁的时候，在释放锁的时候会有很多进程就过来争夺锁）。

（5）：由于需要频繁创建和删除节点，性能上不如redis锁

volatile变量

（1）：变量可见性

（2）：防止指令重排序

（3）：保障变量单次读，写操作的原子性，但不能保证i++这种操作的原子性，因为本质是读，写两次操作

volatile如何保证线程间可见和避免指令重排

volatile可见性是有指令原子性保证的，在jmm中定义了8类原子性指令，比如write，store，read，load。而volatile就要求write-store，load-read成为一个原子性操作，这样子可以确保在读取的时候都是从主内存读入，写入的时候会同步到主内存中（准确来说也是内存屏障），指令重排则是由内存屏障来保证的，由两个内存屏障:

• 一个是编译器屏障：阻止编译器重排，保证编译程序时在优化屏障之前的指令不会在优化屏障之后执行。

• 第二个是cpu屏障：sfence保证写入，lfence保证读取，lock类似于锁的方式。java多执行了一个“load addl $0x0, (%esp)”操作，这个操作相当于一个lock指令，就是增加一个完全的内存屏障指令。