一.Lock接口的几个功能：
显示的获取和释放锁
尝试非阻塞的获取锁
能被中断的获取锁
超时获取锁
使用方式：
Lock lock = new ReentrantLock(); lock.lock(); try { } finally { lock.unlock(); }
Lock的API
二.AQS
定义：用来构建锁或者其他同步组件的基础框架，它使用了一个int成员变量表示同步状态，通过内置的FIFO队列来完成资源获取线程的排队工作。是实现锁的关键。
同步器的设计是基于模板方法模式的，也就是说，使用者需要继承同步器并重写指定的方法，随后将同步器组合在自定义同步组件的实现中，并调用同步器提供的模板方法，而这些
模板方法将会调用使用者重写的方法。
重写同步器指定的方法时，需要使用同步器提供的如下3个方法来访问或修改同步状态。
·getState()：获取当前同步状态。
·setState(int newState)：设置当前同步状态。
·compareAndSetState(int expect,int update)：使用CAS设置当前状态，该方法能够保证状态设置的原子性。
同步器提供的模板方法基本上分为3类：独占式获取与释放同步状态、共享式获取与释放、同步状态和查询同步队列中的等待线程情况。
队列同步器的实现：
1.同步队列
同步器提供了一个基于CAS的设置尾节点的方法：compareAndSetTail(Node expect,Nodeupdate)，它需要传递当前线程“认为”的尾节点和当前节点，只有设置成功后，当前节点才正式与之前的尾节点建立关联。
同步器的addWaiter()方法：
private Node addWaiter(Node mode) { Node node = new Node(Thread.currentThread(), mode); // 快速尝试在尾部添加 Node pred = tail; if (pred != null) { node.prev = pred; if (compareAndSetTail(pred, node)) { pred.next = node; return node; } } enq(node); return node; } private Node enq(final Node node) { for (;;) { Node t = tail; if (t == null) { // Must initialize if (compareAndSetHead(new Node())) tail = head; } else { node.prev = t; if (compareAndSetTail(t, node)) { t.next = node; return t; } } } }
节点进入同步队列之后，就进入了一个自旋的过程，每个节点（或者说每个线程）都在自省地观察，当条件满足，获取到了同步状态，就可以从这个自旋过程中退出，否则依旧留在这个自旋过程中（并会阻塞节点的线程）
三.重入锁
支持一个线程对资源的重复加锁，还支持公平与非公平的获取锁。下面着重分析ReentrantLock
实现重进入：锁识别获取锁的是不是当前占据这个锁的线程，是则成功获取锁。
锁释放：进入时加1，释放时减1。
公平锁与非公平锁：是否遵循FIFO。
默认非公平锁：nonfairTryAcquire(int acquires)方法，当一个线程请求锁时，只要获取了同步状态即成功获取锁。好处：线程切换次数少，减少开销。
//获取同步状态，成功则获取锁 final boolean nonfairTryAcquire(int acquires) { final Thread current = Thread.currentThread(); int c = getState(); if (c == 0) { if (compareAndSetState(0, acquires)) { setExclusiveOwnerThread(current); return true; } } else if (current == getExclusiveOwnerThread()) { int nextc = c + acquires; if (nextc < 0) throw new Error("Maximum lock count exceeded"); setState(nextc); return true; } return false; }
通过判断当前线程是否为获取锁的线程来决定获取操作是否成功，如果是获取锁的线程再次请求，则将同步状态值进行增加并返回true，表示获取同步状态成功
释放同步状态时减少同步状态值：
protected final boolean tryRelease(int releases) { int c = getState() - releases; if (Thread.currentThread() != getExclusiveOwnerThread()) throw new IllegalMonitorStateException(); boolean free = false; if (c == 0) { free = true; setExclusiveOwnerThread(null); } setState(c); return free; }
如果该锁被获取了n次，那么前(n-1)次tryRelease(int releases)方法必须返回false，而只有同步状态完全释放了，才能返回true。可以看到，该方法将同步状态是否为0作为最终释放的条件，当同步状态为0时，将占有线程设置为null，并返回true，表示释放成功。
//公平锁 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()) { int nextc = c + acquires; if (nextc < 0) throw new Error("Maximum lock count exceeded"); setState(nextc); return true; } return false; }
公平锁与非公平锁的不同：判断条件多了
hasQueuedPredecessors()方法，即加入了同步队列中当前节点是否有前驱节点的判断，如果该方法返回true，则表示有线程比当前线程更早地请求获取锁，因此需要等待前驱线程获取并释放锁之后才能继续获取锁。
非公平锁减少线程切换的次数，减少了开销，增大了吞吐量。
四.读写锁
读写锁是非独占锁，维护了一对锁，一个读锁一个写锁，通过锁的分类使并发性得到了提高。
实现：ReentrantReadWriteLock。
读写锁使用方式：
public class Cache { static Map<String, Object> map = new HashMap<String, Object>(); static ReentrantReadWriteLock rwl = new ReentrantReadWriteLock(); static Lock r = rwl.readLock(); static Lock w = rwl.writeLock(); // 获取一个key对应的value public static final Object get(String key) { r.lock(); try { return map.get(key); } finally { r.unlock(); } } // 设置key对应的value，并返回旧的value public static final Object put(String key, Object value) { w.lock(); try { return map.put(key, value); } finally { w.unlock(); } } // 清空所有的内容 public static final void clear() { w.lock(); try { map.clear(); } finally { w.unlock(); } } }
4.1 读写状态的设计：维护多个读线程，一个写线程。“按位切割使用”变量，32位，高16位表示读，低16位表示写。
读写锁是如何迅速确定读和写各自的状态呢？答案是通过位运算。假设当前同步状态值为S，写状态等于S&0x0000FFFF（将高16位全部抹去），读状态等于S>>>16（无符号补0右移16位）。当写状态增加1时，等于S+1，当读状态增加1时，等于S+(1<<16)，也就是S+0x00010000。
根据状态的划分能得出一个推论：S不等于0时，当写状态（S&0x0000FFFF）等于0时，则读状态（S>>>16）大于0，即读锁已被获取。
4.2 写锁的获取与释放
写锁是一个支持重进入的排他锁。如果当前线程已经获取了写锁，则增加锁状态。如果在获取写锁时，读锁已经被获取(读状态不为0)或者该线程不是获取写锁的线程，则等待。
protected final boolean tryAcquire(int acquires) { Thread current = Thread.currentThread(); int c = getState(); int w = exclusiveCount(c); if (c != 0) { // 存在读锁或者当前获取线程不是已经获取写锁的线程 if (w == 0 || current != getExclusiveOwnerThread()) return false; if (w + exclusiveCount(acquires) > MAX_COUNT) throw new Error("Maximum lock count exceeded"); setState(c + acquires); return true; } if (writerShouldBlock() || !compareAndSetState(c, c + acquires)) { return false; } setExclusiveOwnerThread(current); return true; }
写锁的释放与ReentrantLock的释放过程基本类似，每次释放均减少写状态，当写状态为0时表示写锁已被释放，从而等待的读写线程能够继续访问读写锁，同时前次写线程的修改对
后续读写线程可见。
4.3读锁的获取与释放
读锁是一个支持重进入的共享锁。如果当前线程已经获取了读锁则增加读状态，如果当前线程在获取读锁时写锁被其他线程获取，则等待。
读状态是所有线程获取读锁次数的总和，而每个线程各自获取读锁的次数只能选择保存在ThreadLocal中，由线程自身维护，这使获取读锁的实现变得复杂。
4.4锁降级
写锁变为读锁。是指获取（当前拥有的）写锁，再获取到读锁，随后释放（先前拥有的）写锁的过程。
public void processData() { readLock.lock(); if (!update) { // 必须先释放读锁，为了保持可见性 readLock.unlock(); // 锁降级从写锁获取到开始 writeLock.lock(); try { if (!update) { // 准备数据的流程（略） update = true; } readLock.lock(); } finally { writeLock.unlock(); } // 锁降级完成，写锁降级为读锁 } try { // 使用数据的流程（略） } finally { readLock.unlock(); } }
五. Condition接口
等待/通知机制的两种实现方式:
1.wait/notify 不够精细，生产者和消费者之间可能是没有联系的
2.Condition结合Lock
从本质上来说，Condition是对Object监视器的场景性能优化
调用方式：
直接调用，如condition.await()
package concurrent; import java.util.concurrent.Callable; import java.util.concurrent.locks.Condition; import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock; public class ConditionDemo { public static void main(String[] args) { final ReentrantLock lock = new ReentrantLock(); final Condition condition = lock.newCondition(); new Thread(new Runnable() { @Override public void run() { lock.lock(); System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "拿到锁了"); System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "等待信号"); try { //当前线程会释放锁并在此等待，而其他线程调用Condition对象的signal()方法，通知当前线程后， //当前线程才从await()方法返回，并且在返回前已经获取了锁。 condition.await(); } catch (Exception e) { } System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "拿到信号"); lock.unlock(); } },"线程1").start(); new Thread(new Runnable() { @Override public void run() { lock.lock(); System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "拿到锁了"); try { System.out.println("睡3秒"); Thread.sleep(3000); } catch (Exception e) { } System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "发出信号"); condition.signal(); lock.unlock(); } },"线程2").start(); } }
打印日志：
线程1拿到锁了 线程1等待信号 线程2拿到锁了 睡3秒 线程2发出信号 线程1拿到信号
强大之处：
1. 一个lock对象可以通过多次调用 lock.newCondition() 获取多个Condition对象，也就是说，在一个lock对象上，可以有多个等待队列，而Object的等待通知在一个Object上，只能有一个等待队列。
2.可响应中断
Condition的实现是同步器的内部类，因此每个Condition实例都能够访问同步器提供的方法，相当于每个Condition都拥有所属同步器的引用。
当调用await()方法时，相当于同步队列的首节点（获取了锁的节点）移动到Condition的等待队列中。
public final void await() throws InterruptedException { if (Thread.interrupted()) throw new InterruptedException(); // 当前线程加入等待队列 Node node = addConditionWaiter(); // 释放同步状态，也就是释放锁 int savedState = fullyRelease(node); int interruptMode = 0; while (!isOnSyncQueue(node)) { LockSupport.park(this); if ((interruptMode = checkInterruptWhileWaiting(node)) != 0) break; } if (acquireQueued(node, savedState) && interruptMode != THROW_IE) interruptMode = REINTERRUPT; if (node.nextWaiter != null) unlinkCancelledWaiters(); if (interruptMode != 0) reportInterruptAfterWait(interruptMode); }
同步队列的首节点并不会直接加入等待队列，而是通过addConditionWaiter()方法把当前线程构造成一个新的节点并将其加入等待队列中。
signal()
public final void signal() { if (!isHeldExclusively()) throw new IllegalMonitorStateException(); Node first = firstWaiter; if (first != null) doSignal(first); }
