5. Java中的锁

Lock接口

需要显式的获取和释放锁，支持非阻塞的获取锁，支持中断的获取锁，支持超时获取锁；

Synchronzed是自动隐式的获取和释放锁，不支持非阻塞，不支持中断获取，不支持超时，隐式的支持重入锁；

队列同步器

AbstractQueuedSynchronizer(AQS)，使用模板方法模式，是用来构建锁的其他同步组件的基础框架，实现了同步状态管理、线程的派对、等待和唤醒等底层操作。

同步队列：内部通过FIFO双向队列来完成同步状态的管理，线程获取同步失败，则构造Node节点（包含当前线程引用、前驱、猴急、等待状态信息）放入队列末尾，并阻塞当前线程；释放同步时，会把队列中的首节点线程唤醒；

队列拥有头结点和尾节点，头结点时获取到同步状态（即锁）的节点，首节点释放锁后会通知后继节点，并设为新的首节点；

加入队列的过程要保证线程安全，提供了CAS方法来设置；

独占式获取同步和释放：获取状态失败的线程加入同步队列并自旋，一直到前驱节点为头结点切获取到状态则退出自旋并移除队列；释放同步时会唤醒头结点的后继节点；

共享式获取同步和释放：独占式访问资源时，其他独占和共享式访问都不被允许；共享式访问时允许其他共享，不允许独占访问；共享式即统一时刻可以有多个线程获取到同步状态；

自定义同步组件一般是同步内部静态类继承AQS实现，在调用内部静态类的方法对外提供；

重入锁

不可重入：当前线程获取到锁，再次获取锁时，没有判断持有锁的线程是否就是当前线程，随即加入同步队列尾部进行等待；

实现可重入： 锁需识别当前获取锁的线程是否为持有锁的线程；线程重复获取n次锁，计数器自增，释放锁自减，直到为0时才最终释放锁；

ReentrantLock实现可重入锁：获取同步状态时判断是否当前持有线程，是则同步状态值加1返回成功，再次获取锁只是增加同步状态值；

公平锁：获取锁的顺序按照同步队列的顺序获取，即等待时间越长越先获取，非公平锁相反，ReentrantLock末尾为非公平锁；

公平锁保证了FIFO原则，但会造成大量的线程切换，非公平锁会造成线程饥饿，但极少的线程切换保证了更大的吞吐量；

读写锁

维护了一对锁，通过一个读锁和一个写锁使得并发性提升：写时不允许写和读，读时允许读不允许写；实现：ReentrantReadWriteLock；

读写状态的设计：AQS中只有一个整形变量表示同步状态，现在又2个锁，通过按位切割来分别保存读写状态，高16位为读状态，低16位为写状态（int4字节共32位），通过位运算快速判断读写状态；

写锁获取与释放：判断读锁是否获取（读状态不为0），或者写锁已经被其他线程获取；释放：同ReentrantLock，释放时减少写状态直到为0；

读锁获取与释放：写状态为0时始终可获取到读锁，否则等待；释放：同ReentrantLock，释放时减少写状态直到为0；

锁降级：获取到写锁的线程，把持住写锁，先获取到读锁，再释放写锁；（不是获取写锁，释放写锁再获取读锁，这是可能会被其他线程写）

锁升级：不支持，因为多个线程获取了读锁，写之后，其他线程读数据有问题；

LockSupport

构成同步组件的基础工具，提供了基本的线程阻塞和唤醒功能：park（超时、到达指定时间、中断、unpark时返回）和unpark；

Condition

实现类似Object的wait/notify机制，与Lock配合实现等待通知模式；调用Condition方法时需要获取关联的Lock锁；

condition.await返回时表示已经获取了锁，返回条件：signal或者被中断；

Condition内部实现复用了AQS，Lock可以有多个Condition，所以Lock有一个同步队列和多个等待队列；