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多线程透析–JUC的锁机制、锁原理

其实之前博客中就已经提到了JUC，今天详细的透析下JUC的锁机制和锁原理。

在JDK1.1~1.2 的时候 只有synchronize锁，此时的锁只是一个重量级锁，所谓的重量级锁我个人理解就是线程在使用资源时需要通过OS线程队列进行调度，只有在获取锁（没有其他线程占用锁）的情况下才能进行。这类锁一般具有排他性，所以也叫悲观锁。

而早期的synchronize不管你是否是多线程竞争关系，都会同样的采取重量级锁这一套。这样再简单的线程操作中，就很影响效率。

在JDK 1.5 之后推出了JUC包，这个包提供了很多原子类，用于保证多线程同步。

JUC的锁机制和锁原理

JUC的提供了很多五花八门的锁，简单介绍下： ReentrantLock：和synchronized具有差不多的语义，独占锁，同时只有一个线程能获得锁。 ReentrantReadWriteLock：读写锁。读允许共享，写独占。适用于读频繁的场景。 CountDownLatch:闭锁。使用场景类似比赛鸣枪，在没有鸣枪之前所有的运动员(线程)都必须等待。说白了就是使用于一个或多个线程等待某一个条件成立了，触发运行。 Semaphore：信号量。使用场景类似通行证，通行证数量有限，拿到证的才能通行。 CyclicBarrier:周期障碍。语义上和CountDownLatch有点类似，只有几个线程打到一个共同的状态之后，触发后续动作继续。不同在于1.达到共同状态后，可以指定一个后续触发的线程对象。2.周期性意味着可以周期运行。 FutureTask：带有返回值的异步执行。 等等

这些锁的都会在不同场景中被使用，这些同步措施可以统称为sync 同步器框架。

以上各种锁的使用场景后面有机会在介绍。

JUC锁原理（底层）

老样子还是举例说明：JUC的实现类ReentrantLock锁。 ReentrantLock锁 和 synchronize锁的区别在之前就已经说过了，现在重点说下JUC的锁机制和锁原理。

先简单说下JUC底层实现原理是CAS和AQS，CAS在上面文章已经说过了，是一种自旋锁的实现方式。简单看下ReentrantLock实现代码：

final Lock lock = new ReentrantLock(false);    public void study() throws InterruptedException {
           for (int i = 0; i <2 ; i++) {
               try {
                   lock.lock(); // 等待5秒钟拿不到锁就返回false                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":我正在学习");                //Thread.sleep(2000);            }catch (Exception e){
               }finally {
                   lock.unlock();            }        }    }

这里用到了ReentrantLock锁对线程进行了同步操作。那么我们就看下这个lock怎么处理的？

进到lock方法实现类去看看： 这里就是Sync同步器类的调用。继续进去看下： 进去之后我们可以看到这里面有两个实现类：FairSync 和 NonfairSync 这两个分表就是公平锁和非公平锁的实现类。进到默认的非公平锁类： 这代码什么意思呢？

if (compareAndSetState(0, 1))

判断是否设置锁成功，看下怎么判断的？

这里是不是就看到熟悉的字样了compareAndSwapInt (CAS)。

如果成功了就把该线程设置为当前线程(线程暂用)，如果不成就进行 acquire(1)操作（好像有点废话了），那么就核心看下 acquire(1);内部实现：

这里我们可以看到if（;;）操作，就是无限循环，这里什么意思呢？就是说如果lock设置锁没有成功，那么就无限的循环去尝试设定锁，直到成果为止。看到这是不是明白了JUC底层原理是CAS了。

AQS实现原理

AQS是什么呢？ 以上说的JUC包下所有的实现都是继承AQS（AbstractOwnableSynchronizer）类实现。 上面说的ReentrantLock的lock刚才看到了，是基于NonfairSync 。 那我们再看下这个类继承关系：

那么我们先看看AQS是怎么实现的呢?

看这张图： AQS实现了一个框架实现原理CAS+voalitle，框架中定义基础属性state（一个锁状态标识，根据不同的锁机制定位含义）。还实现了一个双向链表队列框架（CLH）。关于这个队列的所有操作都是关于CAS实现。

当一个线程来的时候会把自己做成一个node去排队，当有很多线程需要排队竞争队列tail（尾巴）位置时，就是用到了CAS实现。

然后我们通过源码在一起看下JUC的AQS：

再看下setExclusiveOwnerThread： 我们可以看到占用锁的操作正是AbstractOwnableSynchronizer。

然后我们再看下如果没有设置锁成功呢？

刚才我们看了acquire方法，无限的循环去尝试设置。

AQS正是利用CAS将node加到双向链表队列中。 关于JUC,还有很多同步工具：

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