JAVA——锁系列

一、synchronized

1、原理

synchronized是jvm层面的一把互斥锁，它的底层是给对象加锁，根据对象头的锁标志位进行加锁。使用synchronized进行代码块加锁后，会在代码块编译的字节码前后生成monitorEnter和monitorExit执行，执行monitorEnter表示加锁，执行monitorExit表示释放锁。

保证线程的：原子性、可见性、有序性

2、用法

（1）修饰代码块，使用用户自定义的对象加锁。
（2）修饰普通方法，锁住的是this对象。
（3）修饰静态方法，锁住的是class对象。

3、特性

（1）锁升级

在jdk1.4后，synchronized支持锁升级，升级的过程是不可逆的。
无锁
偏向锁
在没有其它线程竞争资源的情况下，一个线程访问资源时可加偏向锁，偏向锁避免线程获取锁时的资源竞争。
加锁的流程：
（1）先判断对象头的mark world中是否开启偏向锁。
（2）若开启偏向锁，则判断mark world中的线程id是否指向当前线程，如果是，则代表获取锁成功，开始执行同步代码块。
（3）若mark world中的线程id没有不是指向当前线程，则代表有竞争，就进行CAS竞争锁，如果竞争成功，就将mark world中的线程id设置为当前线程id，然后去执行同步代码块。
（4）如果CAS竞争锁失败，则升级为轻量级锁。
轻量级锁（自旋）
在竞争较少的情况下，轻量级锁可以避免使用线程阻塞和唤醒带来的性能影响，轻量级锁采用自旋的方式，让竞争锁的线程原地循环等待，等待其他线程释放锁后再获取锁。为避免等待时间过长而带来的CPU消耗，一般会设置自旋次数（默认10次），可以通过-XX:PreBlockSpin进行设置。当自旋次数操作阈值就会升级为重量级锁。
可重入锁
同一线程可多次获取锁。比如在代码块中多次加锁，每次加锁都会匹配一对monitorEnter和monitorExit。执行monitorEnter表示加锁，执行monitorExit表示释放锁。
非公平

（2）锁消除

是指在编译时期，编译器会消除加了锁，但是并不会有竞争的锁。

（3）锁粗化

是在jvm会根据对象加锁的频次适当扩大加锁的范围，如下代码：

for(int i=0;i<1000000;i++){
	synchronized(LOCK){
		//同步代码块
	}
}

以上代码经过锁粗化后为：

synchronized(LOCK){
	for(int i=0;i<1000000;i++){
	}
}

（4）线程之间的通信

使用wait()、notify()/notifyAll()方法。

二、Lock

1、原理

lock是java juc包下的API，其底层是基于AQS和CAS实现的。

（1）、什么是AQS？

AQS是一个抽象队列同步器。它的底层设计是维护了一个共享资源字段state，该字段使用volatile修饰；还维护了一个先进先出队列（FIFO），该队列是一个双向队列，该队列用来存储竞争共享资源的线程，使线程排队有序的访问共享资源。AQS的资源共享的方式有Exclusive(独占)和Share(共享)。独占式的实现案例如ReentrantLock，共享式的实现案例如CountDownLatch/Semaphore。

（2）、AQS的工作流程

当多个线程竞争共享资源的时候，aqs先将线程存依次存储在队列中，然后头结点的线程尝试去获取state字段的值（0表示无锁，大于1表示加锁），如果state=0，则使用CAS尝试去更改state=1，更改成功则表示加锁成功，则该线程就可以去访问共享资源，解锁时使用CAS去递减state的值。然后头结点指向下一个线程所在的节点，如此流程循环，保证有序的获取锁。

2、用法

// 初始化锁
Lock lock = new ReentrantLock();
// 加锁
lock.lock();
业务代码。。。。
// 解锁
lock.unlock();

3、特性

（1）、非公平/非公平锁

声明

是指ReentrantLock在实现的时候实现了公平锁和非公平锁：

// 默认非公平锁
Lock lock =  new ReentrantLock();// 内部为new NonfairSync();
// 公平锁
Lock lock = new ReentrantLock(true);// 内部实现为new FairSync()

底层

公平锁和非公平锁在底层的区别是指在入队列前是否会尝试获取锁。非公平锁在入队列前会去尝试获取一次锁，公平锁则是直接进入队列排队。由于非公平锁可能会减少入队列出队列的次数，所以非公平锁在性能上会好于公平锁。

（2）、可重入性

指同一线程多次加锁，这时会判断锁是否被该线程持有，若持有，则直接将state加1，多次加锁则累加1；解锁则递减。加锁代码如下：

（3）、等待超时

这里指获取锁时可以设置获取锁时等待的超时时间，使用tryLock(10000);

（4）、线程间的通信

使用Condition的await()和signal()方法实现精确唤醒某一个线程，相比synchronized，减少不必要的资源竞争。

三、synchronized和ReetrantLock的区别（原理、用法、特性）