ReentraneLock & synchronized & AQS

sychronized  (monitor監視器)  -- 自旋獲取鎖形式

　　把代碼塊聲明為 synchronized，有兩個重要后果，通常是指該代碼具有 原子性（atomicity）和 可見性（visibility）。原子性意味着一個線程一次只能執行由一個指定監控對象（lock）保護的代碼，從而防止多個線程在更新共享狀態時相互沖突。可見性則更為微妙；它要對付內存緩存和編譯器優化的各種反常行為。

　　monitorenter  & monitorexit

ReentranLock -- 阻塞獲取鎖形式

　　Lock 框架是鎖定的一個抽象，它允許把鎖定的實現作為 Java 類，而不是作為語言的特性來實現。這就為 Lock 的多種實現留下了空間，各種實現可能有不同的調度算法、性能特性或者鎖定語義。 ReentrantLock 類實現了 Lock ，它擁有與 synchronized 相同的並發性和內存語義，但是添加了類似鎖投票、定時鎖等候和可中斷鎖等候的一些特性。此外，它還提供了在激烈爭用情況下更佳的性能。（換句話說，當許多線程都想訪問共享資源時，JVM 可以花更少的時候來調度線程，把更多時間用在執行線程上。）

　　reentrant 鎖意味着什么呢？簡單來說，它有一個與鎖相關的獲取計數器，如果擁有鎖的某個線程再次得到鎖，那么獲取計數器就加1，然后鎖需要被釋放兩次才能獲得真正釋放。這模仿了 synchronized 的語義；如果線程進入由線程已經擁有的監控器保護的 synchronized 塊，就允許線程繼續進行，當線程退出第二個（或者后續） synchronized 塊的時候，不釋放鎖，只有線程退出它進入的監控器保護的第一個 synchronized 塊時，才釋放鎖。

 

　　 ReentrantLock 構造器的一個參數是 boolean 值，它允許您選擇想要一個 公平（fair）鎖，還是一個 不公平（unfair）鎖。公平鎖使線程按照請求鎖的順序依次獲得鎖；而不公平鎖則允許討價還價，在這種情況下，線程有時可以比先請求鎖的其他線程先得到鎖。在現實中，公平保證了鎖是非常健壯的鎖，有很大的性能成本。要確保公平所需要的記帳（bookkeeping）和同步，就意味着被爭奪的公平鎖要比不公平鎖的吞吐率更低。作為默認設置，應當把公平設置為 false ，除非公平對您的算法至關重要，需要嚴格按照線程排隊的順序對其進行服務。

 

在確實需要一些 synchronized 所沒有的特性的時候，比如時間鎖等候、可中斷鎖等候、無塊結構鎖、多個條件變量或者鎖投票。 ReentrantLock 還具有可伸縮性的好處，應當在高度爭用的情況下使用它，但是請記住，大多數 synchronized 塊幾乎從來沒有出現過爭用，所以可以把高度爭用放在一邊。我建議用 synchronized 開發，直到確實證明 synchronized 不合適，而不要僅僅是假設如果使用 ReentrantLock “性能會更好”。請記住，這些是供高級用戶使用的高級工具。（而且，真正的高級用戶喜歡選擇能夠找到的最簡單工具，直到他們認為簡單的工具不適用為止。）。一如既往，首先要把事情做好，然后再考慮是不是有必要做得更快。

 

 

ReentrantLock之lock形式  -- for (;;){} 循環獲取鎖 -- 自旋

　　1、根據構造器創建lock，設定為公平鎖or不公平鎖

　　2、lock，獲取鎖

　　　　添加至Node隊列，包含上Node地址，下Node地址，以及線程信息

　　　　獲取鎖隊列，從head位開始，嘗試去獲取鎖   

　　　　　　獲取方式：獲取當前線程信息，得到鎖當前狀態，對處於state為0的，通過CAS操作，成功后將當前線程設置至可執行線程ExclusiveOwnerThread 。

　　　　　　　　　　  如果失敗，調用Thread的interrupted()，中斷線程

　　3、unlock

　　　　更改狀態，將ExclusiveOwnerThread 置為空

 

ReentrantLock擴展的功能

 　　 實現可輪詢的鎖請求 

在內部鎖中，死鎖是致命的——唯一的恢復方法是重新啟動程序，唯一的預防方法是在構建程序時不要出錯。而可輪詢的鎖獲取模式具有更完善的錯誤恢復機制，可以規避死鎖的發生。 
如果你不能獲得所有需要的鎖，那么使用可輪詢的獲取方式使你能夠重新拿到控制權，它會釋放你已經獲得的這些鎖，然后再重新嘗試。可輪詢的鎖獲取模式，由tryLock()方法實現。此方法僅在調用時鎖為空閑狀態才獲取該鎖。如果鎖可用，則獲取鎖，並立即返回值true。如果鎖不可用，則此方法將立即返回值false。此方法的典型使用語句如下： 

　　

Lock lock = ...;   
if (lock.tryLock()) {   
try {   
// manipulate protected state   
} finally {   
lock.unlock();   
}   
} else {   
// perform alternative actions   
}   

　　

實現可定時的鎖請求 

 　　當使用內部鎖時，一旦開始請求，鎖就不能停止了，所以內部鎖給實現具有時限的活動帶來了風險。為了解決這一問題，可以使用定時鎖。當具有時限的活 

　　 動調用了阻塞方法，定時鎖能夠在時間預算內設定相應的超時。如果活動在期待的時間內沒能獲得結果，定時鎖能使程序提前返回。可定時的鎖獲取模式，由tryLock(long, TimeUnit)方法實現。 

　　只在時間范圍內去獲取鎖，超出時間則認為無法獲取鎖。

 

 實現可中斷的鎖獲取請求 

　　可中斷的鎖獲取操作允許在可取消的活動中使用。lockInterruptibly()方法能夠使你獲得鎖的時候響應中斷。

 

ReentrantLock不好與需要注意的地方

（1） lock 必須在 finally 塊中釋放。否則，如果受保護的代碼將拋出異常，鎖就有可能永遠得不到釋放！這一點區別看起來可能沒什么，但是實際上，它極為重要。忘記在 finally 塊中釋放鎖，可能會在程序中留下一個定時炸彈，當有一天炸彈爆炸時，您要花費很大力氣才有找到源頭在哪。而使用同步，JVM 將確保鎖會獲得自動釋放

（2） 當 JVM 用 synchronized 管理鎖定請求和釋放時，JVM 在生成線程轉儲時能夠包括鎖定信息。這些對調試非常有價值，因為它們能標識死鎖或者其他異常行為的來源。 Lock 類只是普通的類，JVM 不知道具體哪個線程擁有 Lock 對象。

 

 

Condition -- 條件變量

　　條件（也稱為 條件隊列 或 條件變量）為線程提供了一個含義，以便在某個狀態條件現在可能為 true 的另一個線程通知它之前，一直掛起該線程（即讓其“等待”）。因為訪問此共享狀態信息發生在不同的線程中，所以它必須受保護，因此要將某種形式的鎖與該條件相關聯。等待提供一個條件的主要屬性是： 以原子方式 釋放相關的鎖，並掛起當前線程，就像  Object.wait 做的那樣。

 

　　每一個 Lock可以有任意數據的 Condition對象， Condition是與 Lock綁定的，所以就有 Lock的公平性特性：如果是公平鎖，線程為按照FIFO的順序從 Condition.await中釋放，如果是非公平鎖，那么后續的鎖競爭就不保證FIFO順序了。

　　 await() 操作實際上就是釋放鎖，然后掛起線程，一旦條件滿足就被喚醒，再次獲取鎖；

　　 signal() 就是喚醒 Condition隊列中的第一個非CANCELLED節點線程;

　　signalAll() 就是喚醒所有非CANCELLED節點線程。當然了遇到CANCELLED線程就需要將其從FIFO隊列中剔除。

　　完整的await()操作是安裝如下步驟進行的：

1. 將當前線程加入Condition鎖隊列。特別說明的是，這里不同於AQS的隊列，這里進入的是Condition的FIFO隊列。進行2。
2. 釋放鎖。這里可以看到將鎖釋放了，否則別的線程就無法拿到鎖而發生死鎖。進行3。
3. 自旋(while)掛起，直到被喚醒或者超時或者CACELLED等。進行4。
4. 獲取鎖(acquireQueued)。並將自己從Condition的FIFO隊列中釋放，表明自己不再需要鎖（我已經拿到鎖了）

 

 

 

FIFO（固定長度隊列）

 

AQS的全稱為（AbstractQueuedSynchronizer）

　　AQS是鏈表，有一個head引用來指向鏈表的頭節點，AQS在初始化的時候head、tail都是null，在運行時來回移動。此時，我們最少至少知道AQS是一個基於狀態（state）的鏈表管理方式。

　　列的結構就變成了以下這種情況了，通過這樣的方式，就可以讓執行完的節點釋放掉內存區域，而不是無限制增長隊列，也就真正形成FIFO了。

 

　　AQS獲取鎖是通過tryAcquire去獲取的，本身並沒有獲取方式，釋放鎖是release，通過tryRelease。

 

 

原理：

　　ReentraneLock 是Lock的一種實現，也是java層次鎖的體現，而非synchronized語言特性的形式。ReentraneLock最基本的核心在於AQS，AbstractQuenedSynchronizer提供了一系列的模板方法，

通過將lock和unlock操作分別交給子類去實現，AQS提供了公平鎖和非公平鎖2種模式。而ReentraneLock是使用的Sync，是AQS的一個子類，使用的是非公平鎖。

　　AQS會把請求線程放入一個CLH隊列中，由線程去嘗試獲取鎖，如果成功，則將當前運行線程設置為該線程，並將state狀態從0設置為1，再重入則會繼續加1。如果線程嘗試去獲取鎖的時候，發現已經有

線程將鎖獨占，這時AQS會將線程包裝為一個Node放入CLH隊列的tail處，然后對線程進行阻塞。在阻塞前會再次的請求獲取鎖，如果還是沒有獲取到鎖，則將線程阻塞。

 

CLH隊列的含義：CLH為隊列鎖，隊列中的Node對標注為是否需要獲取鎖。