Thread详解三（高性能的同步）

1，java.util.concurrent.locks

Lock对象的作用和隐形锁synchronized作用类似。也是同一时间只能有一个线程获取锁。Lock对象同样支持wait/notify机制，它是通过Condition对象。

Lock和隐形锁比较最大的好处在于可以再尝试获取一个锁的时候即时返回，tryLock方法。如果其他线程在获取锁之前发出了interrupt，lockInterruptibly方法会直接退出。更详细的解释，http://docs.oracle.com/javase/7/docs/api/java/util/concurrent/locks/Lock.html

ReentrantLock是Lock的实现类，应用时要注意的是一定在finally里面释放锁。

				
Lock lock = new ReentrantLock();
lock.lock();
try { 
  // update object state
}
finally {
  lock.unlock(); 
}
    

什么时候选择用 ReentrantLock 代替 synchronized
既然如此，我们什么时候才应该使用 ReentrantLock 呢？答案非常简单 —— 在确实需要一些 synchronized 所没有的特性的时候，比如时间锁等候、可中断锁等候、无块结构锁、多个条件变量或者锁投票。 ReentrantLock 还具有可伸缩性的好处，应当在高度争用的情况下使用它，但是请记住，大多数 synchronized 块几乎从来没有出现过争用，所以可以把高度争用放在一边。我建议用 synchronized 开发，直到确实证明 synchronized 不合适，而不要仅仅是假设如果使用 ReentrantLock “性能会更好”。

2，并发的容器类

BlockingQueue，这个队列的特殊作用就是可以在往满队列中添加或者空队列中获取的时候提供block或者超时的操作，典型的例子，像生产者和消费者的问题。

ConcurrentMap，这个java.util.Map的子接口定义了一些有用的原子操作，这些操作是线程安全的。包括putIfAbsent，remove，replace，总结来说，就是在集合中没有这个值的时候可以进行添加，集合中有这个值的时候才可以进行替换或者删除。例如remove等价于：

if (map.containsKey(key) && map.get(key).equals(value)) {
   map.remove(key);
   return true;
}
return false;

3，原子变量（提升效率）

无锁定且无等待算法
如果每个线程在其他线程任意延迟（或甚至失败）时都将持续进行操作，就可以说该算法是 无等待的。与此形成对比的是， 无锁定算法要求仅 某个线程总是执行操作。（无等待的另一种定义是保证每个线程在其有限的步骤中正确计算自己的操作，而不管其他线程的操作、计时、交叉或速度。这一限制可以是系统中线程数的函数；例如，如果有 10 个线程，每个线程都执行一次 CasCounter.increment() 操作，最坏的情况下，每个线程将必须重试最多九次，才能完成增加。）
再过去的 15 年里，人们已经对无等待且无锁定算法（也称为 无阻塞算法）进行了大量研究，许多人通用数据结构已经发现了无阻塞算法。无阻塞算法被广泛用于操作系统和 JVM 级别，进行诸如线程和进程调度等任务。虽然它们的实现比较复杂，但相对于基于锁定的备选算法，它们有许多优点：可以避免优先级倒置和死锁等危险，竞争比较便宜，协调发生在更细的粒度级别，允许更高程度的并行机制等等。

所有原子变量类都公开比较并设置原语（与比较并交换类似），这些原语都是使用平台上可用的最快本机结构（比较并交换、加载链接/条件存储，最坏的情况下是旋转锁）来实现的。 java.util.concurrent.atomic 包中提供了原子变量的 9 种风格（ AtomicInteger； AtomicLong； AtomicReference； AtomicBoolean；原子整型；长型；引用；及原子标记引用和戳记引用类的数组形式，其原子地更新一对值）。
原子变量类可以认为是 volatile 变量的泛化，它扩展了可变变量的概念，来支持原子条件的比较并设置更新。读取和写入原子变量与读取和写入对可变变量的访问具有相同的存取语义。
虽然原子变量类表面看起来与清单 1 中的 SynchronizedCounter 例子一样，但相似仅是表面的。在表面之下，原子变量的操作会变为平台提供的用于并发访问的硬件原语（处理器直接支持的指令），比如比较并交换。

更细粒度意味着更轻量级
调整具有竞争的并发应用程序的可伸缩性的通用技术是降低使用的锁定对象的粒度，希望更多的锁定请求从竞争变为不竞争。从锁定转换为原子变量可以获得相同的结果，通过切换为更细粒度的协调机制，竞争的操作就更少，从而提高了吞吐量。

java.util.concurrent 中的原子变量
无论是直接的还是间接的，几乎 java.util.concurrent 包中的所有类都使用原子变量，而不使用同步。类似 ConcurrentLinkedQueue 的类也使用原子变量直接实现无等待算法，而类似 ConcurrentHashMap 的类使用 ReentrantLock 在需要时进行锁定。然后， ReentrantLock 使用原子变量来维护等待锁定的线程队列。

使用同步和原子变量实现线程安全

        
public class PseudoRandomUsingSynch implements PseudoRandom {
    private int seed;
    public PseudoRandomUsingSynch(int s) { seed = s; }
    public synchronized int nextInt(int n) {
        int s = seed;
        seed = Util.calculateNext(seed);
        return s % n;
    }
}
public class PseudoRandomUsingAtomic implements PseudoRandom {
    private final AtomicInteger seed;
    public PseudoRandomUsingAtomic(int s) {
        seed = new AtomicInteger(s);
    }
    public int nextInt(int n) {
        for (;;) {
            int s = seed.get();
            int nexts = Util.calculateNext(s);
            if (seed.compareAndSet(s, nexts))
                return s % n;
        }
    }
}
      

效果图可以详见的链接。http://www.ibm.com/developerworks/cn/java/j-jtp11234/index.html

大多数用户都不太可能使用原子变量自己开发无阻塞算法 — 他们更可能使用 java.util.concurrent 中提供的版本，如 ConcurrentLinkedQueue。但是万一您想知道对比以前 JDK 中的相类似的功能，这些类的性能是如何改进的，可以使用通过原子变量类公开的细粒度、硬件级别的并发原语。
开发人员可以直接将原子变量用作共享计数器、序号生成器和其他独立共享变量的高性能替代，否则必须通过同步保护这些变量。    

4，Executors，封装了生成和管理线程的功能。

这些主要应用在线程池中，下一篇再细说。

参考：http://docs.oracle.com/javase/tutorial/essential/concurrency/highlevel.html