学习笔记 04 — JUC锁
JUC锁相关的一些概念：
1. AQS — 指AbstractQueuedSynchronizer类。
AQS是java中管理“锁”的抽象类，锁的许多公共方法都是在这个类中实现。AQS是独占锁(例如，ReentrantLock)和共享锁(例如，Semaphore)的公共父类。
2. AQS锁的类别 — 分为“独占锁”和“共享锁”两种。
(01) 独占锁 — 锁在一个时间点只能被一个线程锁占有。根据锁的获取机制，它又划分为“公平锁”和“非公平锁”。公平锁，是按照通过CLH等待线程按照先来先得的规则，公平的获取锁；而非公平锁，则当线程要获取锁时，它会无视CLH等待队列而直接获取锁。独占锁的典型实例子是ReentrantLock，此外，ReentrantReadWriteLock.WriteLock也是独占锁。
(02) 共享锁 — 能被多个线程同时拥有，能被共享的锁。JUC包中的ReentrantReadWriteLock.ReadLock，CyclicBarrier， CountDownLatch和Semaphore都是共享锁。这些锁的用途和原理，在以后的章节再详细介绍。
3. CLH队列 — Craig, Landin, and Hagersten lock queue
CLH队列是AQS中“等待锁”的线程队列。在多线程中，为了保护竞争资源不被多个线程同时操作而起来错误，我们常常需要通过锁来保护这些资源。在独占锁中，竞争资源在一个时间点只能被一个线程锁访问；而其它线程则需要等待。CLH就是管理这些“等待锁”的线程的队列。
CLH是一个非阻塞的 FIFO 队列。也就是说往里面插入或移除一个节点的时候，在并发条件下不会阻塞，而是通过自旋锁和 CAS 保证节点插入和移除的原子性。
4. CAS函数 — Compare And Swap
CAS函数，是比较并交换函数，它是原子操作函数；即，通过CAS操作的数据都是以原子方式进行的。例如，compareAndSetHead(), compareAndSetTail(), compareAndSetNext()等函数。它们共同的特点是，这些函数所执行的动作是以原子的方式进行的。
同步锁：
通过synchronized关键字来进行同步，实现竞争资源的互斥访问的锁。
同步锁的原理是对于每一个对象，有且仅有一个同步锁，不同的线程能共同访问该同步锁，但是在同一个时间点，该同步锁能且只能被一个线程获取到。这样，获取到同步锁的线程就能进行CPU调度；而没有获取到同步锁的线程，必须进行等待，知道获取到同步锁之后才能继续运行。
JUC包中的锁：
JUC包中的锁大致可以分为：Lock接口，ReadWriteLock接口，LockSupport阻塞原语，Condition条件，AbstractOwnableSynchronizer/AbstractQueuedSynchronizer/AbstractQueuedLongSynchronizer三个抽象类，ReentrantLock独占锁，ReentrantReadWriteLock读写锁。由于CountDownLatch，CyclicBarrier和Semaphore也是通过AQS来实现的，所以也将他们归纳在锁的框架中。JUC包锁的框架如图所示：
01. Lock接口
JUC包中的 Lock 接口支持那些语义不同(重入、公平等)的锁规则。所谓语义不同，是指锁可是有”公平机制的锁”、”非公平机制的锁”、”可重入的锁”等等。”公平机制”是指”不同线程获取锁的机制是公平的”，而”非公平机制”则是指”不同线程获取锁的机制是非公平的”，”可重入的锁”是指同一个锁能够被一个线程多次获取。
02. ReadWriteLock
ReadWriteLock 接口以和Lock类似的方式定义了一些读取者可以共享而写入者独占的锁。JUC包只有一个类实现了该接口，即 ReentrantReadWriteLock，因为它适用于大部分的标准用法上下文。但程序员可以创建自己的、适用于非标准要求的实现。
03. AbstractOwnableSynchronizer/AbstractQueuedSynchronizer/AbstractQueuedLongSynchronizer
AbstractQueuedSynchronizer就是被称之为AQS的类，它是一个非常有用的超类，可用来定义锁以及依赖于排队阻塞线程的其他同步器；ReentrantLock，ReentrantReadWriteLock，CountDownLatch，CyclicBarrier和Semaphore等这些类都是基于AQS类实现的。AbstractQueuedLongSynchronizer 类提供相同的功能但扩展了对同步状态的 64 位的支持。两者都扩展了类 AbstractOwnableSynchronizer（一个帮助记录当前保持独占同步的线程的简单类）。
04. LockSupport
LockSupport提供“创建锁”和“其他同步类的基本线程阻塞原语”。
LockSupport的功能和”Thread中的Thread.suspend()和Thread.resume()有点类似”，LockSupport中的park() 和 unpark() 的作用分别是阻塞线程和解除阻塞线程。但是park()和unpark()不会遇到“Thread.suspend 和 Thread.resume所可能引发的死锁”问题。
05. Condition
Condition需要和Lock联合使用，它的作用是代替Object监视器方法，可以通过await(),signal()来休眠/唤醒线程。
Condition 接口描述了可能会与锁有关联的条件变量。这些变量在用法上与使用 Object.wait 访问的隐式监视器类似，但提供了更强大的功能。需要特别指出的是，单个 Lock 可能与多个 Condition 对象关联。为了避免兼容性问题，Condition 方法的名称与对应的 Object 版本中的不同。
06. ReentrantLock
ReentrantLock是独占锁。所谓独占锁，是指只能被独自占领，即同一个时间点只能被一个线程锁获取到的锁。ReentrantLock锁包括”公平的ReentrantLock”和”非公平的ReentrantLock”。”公平的ReentrantLock”是指”不同线程获取锁的机制是公平的”，而”非公平的 ReentrantLock”则是指”不同线程获取锁的机制是非公平的”，ReentrantLock是”可重入的锁”。
ReentrantLock的UML类图如下：
(01) ReentrantLock实现了Lock接口。
(02) ReentrantLock中有一个成员变量sync，sync是Sync类型；Sync是一个抽象类，而且它继承于AQS。
(03) ReentrantLock中有”公平锁类”FairSync和”非公平锁类”NonfairSync，它们都是Sync的子类。ReentrantReadWriteLock中sync对象，是FairSync与NonfairSync中的一种，这也意味着ReentrantLock是”公平锁”或”非公平锁”中的一种，ReentrantLock默认是非公平锁。
07. ReentrantReadWriteLock
ReentrantReadWriteLock是读写锁接口ReadWriteLock的实现类，它包括子类ReadLock和WriteLock。ReadLock是共享锁，而WriteLock是独占锁。
ReentrantReadWriteLock的UML类图如下：
(01) ReentrantReadWriteLock实现了ReadWriteLock接口。
(02) ReentrantReadWriteLock中包含sync对象，读锁readerLock和写锁writerLock。读锁ReadLock和写锁WriteLock都实现了Lock接口。
(03) 和”ReentrantLock”一样，sync是Sync类型；而且，Sync也是一个继承于AQS的抽象类。Sync也包括”公平锁”FairSync和”非公平锁”NonfairSync。
08. CountDownLatch
CountDownLatch是一个同步辅助类，在完成一组正在其他线程中执行的操作之前，它允许一个或多个线程一直等待。
CountDownLatch的UML类图如下：
CountDownLatch包含了sync对象，sync是Sync类型。CountDownLatch的Sync是实例类，它继承于AQS。
09. CyclicBarrier
CyclicBarrier是一个同步辅助类，允许一组线程互相等待，直到到达某个公共屏障点 (common barrier point)。因为该 barrier 在释放等待线程后可以重用，所以称它为循环 的 barrier。
CyclicBarrier的UML类图如下：
CyclicBarrier是包含了”ReentrantLock对象lock”和”Condition对象trip”，它是通过独占锁实现的。
CyclicBarrier和CountDownLatch的区别是：
(01) CountDownLatch的作用是允许1或N个线程等待其他线程完成执行；而CyclicBarrier则是允许N个线程相互等待。
(02) CountDownLatch的计数器无法被重置；CyclicBarrier的计数器可以被重置后使用，因此它被称为是循环的barrier。
10. Semaphore
Semaphore是一个计数信号量，它的本质是一个”共享锁”。
信号量维护了一个信号量许可集。线程可以通过调用acquire()来获取信号量的许可；当信号量中有可用的许可时，线程能获取该许可；否则线程必须等待，直到有可用的许可为止。 线程可以通过release()来释放它所持有的信号量许可。
Semaphore的UML类图如下：
和”ReentrantLock”一样，Semaphore包含了sync对象，sync是Sync类型；而且，Sync也是一个继承于AQS的抽象类。Sync也包括”公平信号量”FairSync和”非公平信号量”NonfairSync。
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该文为本人学习的笔记，方便以后自己查阅。参考网上各大帖子，取其精华整合自己的理解而成。如有不对的地方，请多多指正！自勉！共勉！
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