什么是重入锁和AQS

什么是重入锁

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java.util.concurrent.locks.ReentrantLock

ReenTrantLock独有的能力：

1.      ReenTrantLock可以指定是公平锁还是非公平锁。而synchronized只能是非公平锁。所谓的公平锁就是先等待的线程先获得锁。

2.      ReenTrantLock提供了一个Condition（条件）类，用来实现分组唤醒需要唤醒的线程们，而不是像synchronized要么随机唤醒一个线程要么唤醒全部线程。

3.      ReenTrantLock提供了一种能够中断等待锁的线程的机制，通过lock.lockInterruptibly()来实现这个机制。

非重入锁

当A方法获取锁去锁住一段需要做原子性操作的B方法时，如果这段B方法又需要锁去做原子性操作，那么A方法就必定要与B方法出现死锁。这种会出现问题的重入一把锁的情况，叫不可重入锁。

lock的过程：

首先尝试获取资源，如果当前状态为0，表示没有线程占有锁，设置该线程为独占模式，使用CAS设置状态，否则如果当前线程和独占线程是一个线程，修改状态值，否则返回false。

若获取资源失败，则通过addWaiter -(aqs)方法创建一个节点并放在CLH队列的尾部。head tail未初始化会创建虚拟节点同时指向

为什么 AQS 需要一个虚拟 head 节点

每个节点都需要设置前置Node 的 waitStatus  状态（这个状态为是为了保证数据一致性），防止重复释放操作。而第一个节点是没有前置节点的，所以需要创建一个虚拟节点。

逐步去执行CLH队列中的线程，当前线程会公平性的阻塞一直到获取锁为止，返回线程在等待的过程中还是否中断过。

unlock的过程

一次unlock操作需要修改状态位，然后唤醒节点。整个释放操作也是使用unpark()来唤醒队列最前面的节点。其实lock中比较重要的也就是lock和release，它们又和AQS联系紧密，下面会单独谈谈AQS的重要方法。

Condition的await和signal

wait和notify/notify VS await和signal

Condition能够支持不响应中断，而通过使用Object方式不支持；

Condition能够支持多个等待队列（new 多个Condition对象），而Object方式只能支持一个；

Condition能够支持超时时间的设置，而Object不支持

对标Object的wait方法

void await() throws InterruptedException:当前线程进入等待状态，如果其他线程调用condition的signal或者signalAll方法并且当前线程获取Lock从await方法返回，如果在等待状态中被中断会抛出被中断异常；

long awaitNanos(long nanosTimeout)：当前线程进入等待状态直到被通知，中断或者超时；

boolean await(long time, TimeUnit unit)throws InterruptedException：同第二种，支持自定义时间单位

boolean awaitUntil(Date deadline) throws InterruptedException：当前线程进入等待状态直到被通知，中断或者到了某个时间

对标Object的notify/notifyAll方法

void signal()：唤醒一个等待在condition上的线程，将该线程从等待队列中转移到同步队列中，如果在同步队列中能够竞争到Lock则可以从等待方法中返回。

void signalAll()：与1的区别在于能够唤醒所有等待在condition上的线程

如图所示，ConditionObject是AQS的内部类，因此每个ConditionObject能够访问到AQS提供的方法，相当于每个Condition都拥有所属同步器的引用。

调用condition.await方法的线程必须是已经获得了lock，也就是当前线程是同步队列中的头结点。调用该方法后会使得当前线程所封装的Node尾插入到等待队列中。

如图，线程awaitThread先通过lock.lock()方法获取锁成功后调用了condition.await方法进入等待队列，而另一个线程signalThread通过lock.lock()方法获取锁成功后调用了condition.signal或者signalAll方法，使得线程awaitThread能够有机会移入到同步队列中，当其他线程释放lock后使得线程awaitThread能够有机会获取lock，从而使得线程awaitThread能够从await方法中退出执行后续操作。如果awaitThread获取lock失败会直接进入到同步队列。

// 线程已被取消

static final int CANCELLED =  1;

// 当前线程的后继线程需要被unpark(唤醒)

// 一般发生情况是：当前线程的后继线程处于阻塞状态，而当前线程被release或cancel掉，因此需要唤醒当前线程的后继线程。

static final int SIGNAL    = -1;

// 在Condition休眠状态，在等待Condition唤醒

static final int CONDITION = -2;

// (共享锁)其它线程获取到“共享锁”，对应的waitStatus的值

static final int PROPAGATE = -3;

volatile int waitStatus;

---------------------

/**

* 这个方法也就是lock（）方法的关键方法。tryAcquire获得资源，返回true，直接结束。若未获取资源，新建一个节点插入队尾，

*addWaiter用于添加节点,也就是把当前线程对应的节点插入CLH队列的尾部。

* @param arg the acquire argument.  This value is conveyed to

*        {@link #tryAcquire} but is otherwise uninterpreted and

*        can represent anything you like.

*/

public final void acquire(int arg) {

    if (!tryAcquire(arg) //获取资源立刻结束

        acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg))//没有被中断过，也结束

        selfInterrupt();

}

---------------------

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()) { //判断是否持有锁的是自己,重入

            int nextc = c + acquires;

            if (nextc 0)

                throw new Error("Maximum lock count exceeded");

            setState(nextc);

            return true;

        }

        return false;

    }

---------------------

* 非公平锁

*/

static final class NonfairSync extends Sync {

    private static final long serialVersionUID = 7316153563782823691L;

    /**

    * Performs lock.  Try immediate barge, backing up to normal

    * acquire on failure.

    */

    final void lock() {

        if (compareAndSetState(0, 1))//CAS设置当前为0 的时候上锁

            setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread());

        else

            acquire(1);//否则尝试获得锁。

    }

    protected final boolean tryAcquire(int acquires) {

        return nonfairTryAcquire(acquires);

    }

}

/**

* 公平锁

*/

static final class FairSync extends Sync {

    private static final long serialVersionUID = -3000897897090466540L;

    final void lock() {

        acquire(1);

    }

    /**

    *

    */

    protected final boolean tryAcquire(int acquires) {

        final Thread current = Thread.currentThread();

        int c = getState();

        if (c == 0) {

            if (!hasQueuedPredecessors()

                compareAndSetState(0, acquires)) {//没有前驱节点并且CAS设置成功

                setExclusiveOwnerThread(current);//设置当前线程为独占线程

                return true;

            }

        }

        else if (current == getExclusiveOwnerThread()) {//这里和非公平锁类似

            int nextc = c + acquires;

            if (nextc 0)

                throw new Error("Maximum lock count exceeded");

            setState(nextc);

            return true;

        }

        return false;

    }

}

java 哪个锁是非重入的

读写锁 ReadWriteLock读写锁维护了一对相关的锁，一个用于只读操作，一个用于写入操作。只要没有writer，读取锁可以由多个reader线程同时保持。写入锁是独占的。

互斥锁一次只允许一个线程访问共享数据，哪怕进行的是只读操作；读写锁允许对共享数据进行更高级别的并发访问：对于写操作，一次只有一个线程（write线程）可以修改共享数据，对于读操作，允许任意数量的线程同时进行读取。

与互斥锁相比，使用读写锁能否提升性能则取决于读写操作期间读取数据相对于修改数据的频率，以及数据的争用——即在同一时间试图对该数据执行读取或写入操作的线程数。

读写锁适用于读多写少的情况。

可重入读写锁 ReentrantReadWriteLock

属性ReentrantReadWriteLock 也是基于 AbstractQueuedSynchronizer 实现的，它具有下面这些属性（来自Java doc文档）：

* 获取顺序：此类不会将读取者优先或写入者优先强加给锁访问的排序。

* 非公平模式（默认）：连续竞争的非公平锁可能无限期地推迟一个或多个reader或writer线程，但吞吐量通常要高于公平锁。

* 公平模式：线程利用一个近似到达顺序的策略来争夺进入。当释放当前保持的锁时，可以为等待时间最长的单个writer线程分配写入锁，如果有一组等待时间大于所有正在等待的writer线程的reader，将为该组分配读者锁。

* 试图获得公平写入锁的非重入的线程将会阻塞，除非读取锁和写入锁都自由（这意味着没有等待线程）。

* 重入：此锁允许reader和writer按照 ReentrantLock 的样式重新获取读取锁或写入锁。在写入线程保持的所有写入锁都已经释放后，才允许重入reader使用读取锁。

writer可以获取读取锁，但reader不能获取写入锁。

* 锁降级：重入还允许从写入锁降级为读取锁，实现方式是：先获取写入锁，然后获取读取锁，最后释放写入锁。但是，从读取锁升级到写入锁是不可能的。

* 锁获取的中断：读取锁和写入锁都支持锁获取期间的中断。

* Condition 支持：写入锁提供了一个 Condition 实现，对于写入锁来说，该实现的行为与 ReentrantLock.newCondition() 提供的Condition 实现对 ReentrantLock 所做的行为相同。当然，此 Condition 只能用于写入锁。

读取锁不支持 Condition，readLock().newCondition() 会抛出 UnsupportedOperationException。

* 监测：此类支持一些确定是读取锁还是写入锁的方法。这些方法设计用于监视系统状态，而不是同步控制。

实现AQS 回顾在之前的文章已经提到，AQS以单个 int 类型的原子变量来表示其状态，定义了4个抽象方法（ tryAcquire(int)、tryRelease(int)、tryAcquireShared(int)、tryReleaseShared(int)，前两个方法用于独占/排他模式，后两个用于共享模式 ）留给子类实现，用于自定义同步器的行为以实现特定的功能。

对于 ReentrantLock，它是可重入的独占锁，内部的 Sync 类实现了 tryAcquire(int)、tryRelease(int) 方法，并用状态的值来表示重入次数，加锁或重入锁时状态加 1，释放锁时状态减 1，状态值等于 0 表示锁空闲。

对于 CountDownLatch，它是一个关卡，在条件满足前阻塞所有等待线程，条件满足后允许所有线程通过。内部类 Sync 把状态初始化为大于 0 的某个值，当状态大于 0 时所有wait线程阻塞，每调用一次 countDown 方法就把状态值减 1，减为 0 时允许所有线程通过。利用了AQS的共享模式。

现在，要用AQS来实现 ReentrantReadWriteLock。

一点思考问题

* AQS只有一个状态，那么如何表示 多个读锁 与 单个写锁 呢？

* ReentrantLock 里，状态值表示重入计数，现在如何在AQS里表示每个读锁、写锁的重入次数呢？

* 如何实现读锁、写锁的公平性呢？

JAVA锁有哪些种类，以及区别

常见的Java锁有下面这些：

公平锁/非公平锁

可重入锁

独享锁/共享锁

互斥锁/读写锁

乐观锁/悲观锁

分段锁

偏向锁/轻量级锁/重量级锁

自旋锁

这些分类并不是全是指锁的状态，有的指锁的特性，有的指锁的设计，下面总结的内容是对每个锁的名词进行一定的解释。

公平锁/非公平锁

公平锁是指多个线程按照申请锁的顺序来获取锁。

非公平锁是指多个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锁。有可能，会造成优先级反转或者饥饿现象。

对于Java ReentrantLock而言，通过构造函数指定该锁是否是公平锁，默认是非公平锁。非公平锁的优点在于吞吐量比公平锁大。

对于Synchronized而言，也是一种非公平锁。由于其并不像ReentrantLock是通过AQS的来实现线程调度，所以并没有任何办法使其变成公平锁。

可重入锁

可重入锁又名递归锁，是指在同一个线程在外层方法获取锁的时候，在进入内层方法会自动获取锁。说的有点抽象，下面会有一个代码的示例。

对于Java ReentrantLock而言, 他的名字就可以看出是一个可重入锁，其名字是Re entrant Lock重新进入锁。

对于Synchronized而言,也是一个可重入锁。可重入锁的一个好处是可一定程度避免死锁。

synchronized void setA() throws Exception{

Thread.sleep(1000);

setB();

}synchronized void setB() throws Exception{

Thread.sleep(1000);

}

上面的代码就是一个可重入锁的一个特点，如果不是可重入锁的话，setB可能不会被当前线程执行，可能造成死锁。

独享锁/共享锁

独享锁是指该锁一次只能被一个线程所持有。

共享锁是指该锁可被多个线程所持有。

对于Java ReentrantLock而言，其是独享锁。但是对于Lock的另一个实现类ReadWriteLock，其读锁是共享锁，其写锁是独享锁。

读锁的共享锁可保证并发读是非常高效的，读写，写读 ，写写的过程是互斥的。

独享锁与共享锁也是通过AQS来实现的，通过实现不同的方法，来实现独享或者共享。

对于Synchronized而言，当然是独享锁。

互斥锁/读写锁

上面讲的独享锁/共享锁就是一种广义的说法，互斥锁/读写锁就是具体的实现。

互斥锁在Java中的具体实现就是ReentrantLock

读写锁在Java中的具体实现就是ReadWriteLock

乐观锁/悲观锁

乐观锁与悲观锁不是指具体的什么类型的锁，而是指看待并发同步的角度。

悲观锁认为对于同一个数据的并发操作，一定是会发生修改的，哪怕没有修改，也会认为修改。因此对于同一个数据的并发操作，悲观锁采取加锁的形式。悲观的认为，不加锁的并发操作一定会出问题。

乐观锁则认为对于同一个数据的并发操作，是不会发生修改的。在更新数据的时候，会采用尝试更新，不断重新的方式更新数据。乐观的认为，不加锁的并发操作是没有事情的。

从上面的描述我们可以看出，悲观锁适合写操作非常多的场景，乐观锁适合读操作非常多的场景，不加锁会带来大量的性能提升。

悲观锁在Java中的使用，就是利用各种锁。

乐观锁在Java中的使用，是无锁编程，常常采用的是CAS算法，典型的例子就是原子类，通过CAS自旋实现原子操作的更新。

分段锁

分段锁其实是一种锁的设计，并不是具体的一种锁，对于ConcurrentHashMap而言，其并发的实现就是通过分段锁的形式来实现高效的并发操作。

我们以ConcurrentHashMap来说一下分段锁的含义以及设计思想，ConcurrentHashMap中的分段锁称为Segment，它即类似于HashMap（JDK7与JDK8中HashMap的实现）的结构，即内部拥有一个Entry数组，数组中的每个元素又是一个链表；同时又是一个ReentrantLock（Segment继承了ReentrantLock)。

当需要put元素的时候，并不是对整个hashmap进行加锁，而是先通过hashcode来知道他要放在那一个分段中，然后对这个分段进行加锁，所以当多线程put的时候，只要不是放在一个分段中，就实现了真正的并行的插入。

但是，在统计size的时候，可就是获取hashmap全局信息的时候，就需要获取所有的分段锁才能统计。

分段锁的设计目的是细化锁的粒度，当操作不需要更新整个数组的时候，就仅仅针对数组中的一项进行加锁操作。

偏向锁/轻量级锁/重量级锁

这三种锁是指锁的状态，并且是针对Synchronized。在Java 5通过引入锁升级的机制来实现高效Synchronized。这三种锁的状态是通过对象监视器在对象头中的字段来表明的。

偏向锁是指一段同步代码一直被一个线程所访问，那么该线程会自动获取锁。降低获取锁的代价。

轻量级锁是指当锁是偏向锁的时候，被另一个线程所访问，偏向锁就会升级为轻量级锁，其他线程会通过自旋的形式尝试获取锁，不会阻塞，提高性能。

重量级锁是指当锁为轻量级锁的时候，另一个线程虽然是自旋，但自旋不会一直持续下去，当自旋一定次数的时候，还没有获取到锁，就会进入阻塞，该锁膨胀为重量级锁。重量级锁会让其他申请的线程进入阻塞，性能降低。

自旋锁

在Java中，自旋锁是指尝试获取锁的线程不会立即阻塞，而是采用循环的方式去尝试获取锁，这样的好处是减少线程上下文切换的消耗，缺点是循环会消耗CPU。

java如何实现线程安全，synchronized和lock的区别，可重入锁

一、synchronized和lock的用法区别

synchronized：在需要同步的对象中加入此控制，synchronized在方法上，也在特定代码块中，括号中表示需要锁的对象。

lock：需要显示指定起始位置和终止位置。一般使用ReentrantLock类做为锁，多个线程中必须要使用一个ReentrantLock类做为对象才能保证锁的生效。且在加锁和解锁处需要通过lock()和unlock()显示指出。所以一般会在finally块中写unlock()以防死锁。

二、synchronized和lock用途区别

synchronized原语和ReentrantLock在一般情况下没有什么区别，但是在非常复杂的同步应用中，请考虑使用ReentrantLock，特别是遇到下面2种需求的时候。

某个线程在等待一个锁的控制权的这段时间需要中断

2.需要分开处理一些wait-notify，ReentrantLock里面的Condition应用，能够控制notify哪个线程

3.具有公平锁功能，每个到来的线程都将排队等候

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