JUC5 多线程锁（下）

1. ​​synchronize​​锁升级：无锁，偏向锁，轻量锁，重量锁 （看病：社区医院->三甲医院）

1.1 概述

按照获得锁和释放锁的性能消耗，锁的分类：

1. 无锁状态

2. 偏向锁：不进行​​CAS​​, 测试对象头Mark Word里是否存储当前线程的偏向锁，如果有则获得锁。 竞争出现释放锁。

3. 轻量级锁：CAS

4. 重量级锁

synchronized锁: 由对象头中的Mark Word根据锁标志位的不同而被复用及锁升级策略。

锁升级功能主要依赖MarkWord中锁标志位和释放偏向锁标志位。

为什么引入锁升级：尽量减少用户态和内核态的切换，因为他们容易导致阻塞。

1.2 无锁：程序不会有锁的竞争

1.3 偏向锁：单线程竞争，指向线程号（java15以后废除，cost过大）

介绍：

主要作用:当一段同步代码一直被同一个线程多次访问,由于只有一个线程那么该线程在后续访问时便会自动获得锁(偏向锁)
同一个老顾客来访,直接老规矩行方便
偏向锁为了解决只有在一个线程执行同步时提高性能

如果不存在其他线程竞争，那么持有偏向锁的线程将永远不需要同步。

偏向锁的撤销：偏向锁使用一种等到竞争出现才释放锁的机制,只有当其他线程竞争锁时,持有偏向锁的原来线程才会被撤销。撤销需要等待全局安全点(该时间点上没有字节码正在执行),同时检查持有偏向锁的线程是否还在执行

理论：

过程：

1.4 轻量锁：多线程竞争，但任意时刻只有一个线程竞争，不存在锁线程竞争太过激烈的情况，也就没有线程阻塞

主要作用：

本质就是自旋锁
有线程来参与锁的竞争,但是获取锁的冲突时间极短

过程：

1.5 重量锁：会有用户态、内核态切换。指向互斥量，monitor指针

1.6 总结

1.6.1 分类

1.6.2 锁升级流程：先自旋，不行再阻塞

2. 无锁，独占锁/排他锁，读写锁，邮戳锁 （ReentrantLock   ReentrantReadWriteLock   StampedLock）

java.util.concurrent.locks

2.0 Lock

2.1 演变

1. 排他锁：同一时刻只允许一个线程访问。 如：Mutex, Reentrantlock, synchronized

2.​​ 读写锁​​：读写分离。同一时刻允许多个读锁和一个写锁。

2.2 独占锁/排他锁

2.3 ReentrantReadWriteLock 可重入读写锁

重点介绍 ReentrantReadWriteLock 可重入读写锁，继承 ReentrantLock，实现ReadWriterLock接口

读写锁定义：一个资源能够被多个读线程访问，或者被一个写线程访问，但不能同时存在读写线程

一句话：只允许读读互存，其他互斥

ReentrantReadWriteLock锁降级：为了保证数据一致性

2.4 StampedLock 版本锁，票据锁：比读写锁更快

它是由锁饥饿问题引出：

ReentrantReadWriteLock实现了读写分离，但是一旦读操作比较多的时候，想要获取写锁就变得比较困难了，假如当前1000个线程，999个读，1个写，有可能999个读取线程长时间抢到了锁，那1个写线程就悲剧了 因为当前有可能会一直存在读锁，而无法获得写锁，根本没机会写，

如何缓解锁饥饿问题：

使用“公平”策略可以一定程度上缓解这个问题

但是“公平”策略是以牺牲系统吞吐量为代价的

因此，StampedLock类的乐观读锁闪亮登场

StampedLock的特点：

• 所有获取锁的方法，都返回一个邮戳（Stamp），Stamp为零表示获取失败，其余都表示成功；
• 所有释放锁的方法，都需要一个邮戳（Stamp），这个Stamp必须是和成功获取锁时得到的Stamp一致；
• StampedLock是不可重入的，危险(如果一个线程已经持有了写锁，再去获取写锁的话就会造成死锁)

StampedLock有三种访问模式：

1. Reading（读模式）：功能和ReentrantReadWriteLock的读锁类似
2. Writing（写模式）：功能和ReentrantReadWriteLock的写锁类似
3. Optimistic reading（乐观读模式）：无锁机制，类似于数据库中的乐观锁，支持读写并发，很乐观认为读取时没人修改，假如被修改再实现升级为悲观读模式

StampedLock的缺点

• StampedLock 不支持重入，没有Re开头
• StampedLock 的悲观读锁和写锁都不支持条件变量（Condition），这个也需要注意。
• 使用 StampedLock一定不要调用中断操作，即不要调用interrupt() 方法

• 如果需要支持中断功能，一定使用可中断的悲观读锁 readLockInterruptibly()和写锁writeLockInterruptibly()

3. Locks锁包下的辅助类

3.1 CountDownLatch

3.2 CyclicBarrier

3.3 Semaphore 

类比：抢车位

1. CountDownLatch：允许一个或多个线程等待其他线程完成操作。

2. CyclicBarrier：字面意思是可循环使用（Cyclic）的屏障（Barrier）。它要做的事情是，让一
组线程到达一个屏障（也可以叫同步点）时被阻塞，直到最后一个线程到达屏障时，屏障才会
开门，所有被屏障拦截的线程才会继续运行。

CountDownLatch的计数器只能使用一次，而CyclicBarrier的计数器可以使用reset()方法重
置。所以CyclicBarrier能处理更为复杂的业务场景。例如，如果计算发生错误，可以重置计数
器，并让线程重新执行一次。
CyclicBarrier还提供其他有用的方法，比如getNumberWaiting方法可以获得Cyclic-Barrier
阻塞的线程数量。isBroken()方法用来了解阻塞的线程是否被中断。
 

3. 控制并发线程数的Semaphore： Semaphore（信号量）是用来控制同时访问特定资源的线程数量，它通过协调各个线程，以保证合理的使用公共资源。

4. 线程间交换数据的Exchanger： Exchanger（交换者）是一个用于线程间协作的工具类。Exchanger用于进行线程间的数据交换。它提供一个同步点，在这个同步点，两个线程可以交换彼此的数据。这两个线程通过exchange方法交换数据，如果第一个线程先执行exchange()方法，它会一直等待第二个线程也执行exchange方法，当两个线程都到达同步点时，这两个线程就可以交换数据，将本线程生产出来的数据传递给对方。