1.java锁

1.1 AtomicInteger

首先说明，此处 AtomicInteger，一个提供原子操作的 Integer 的类，常见的还有
AtomicBoolean、AtomicInteger、AtomicLong、AtomicReference 等，他们的实现原理相同，
区别在与运算对象类型的不同。令人兴奋地，还可以通过 AtomicReference<V>将一个对象的所
有操作转化成原子操作。
我们知道，在多线程程序中，诸如++i 或 i++等运算不具有原子性，是不安全的线程操作之一。
通常我们会使用 synchronized 将该操作变成一个原子操作，但 JVM 为此类操作特意提供了一些
同步类，使得使用更方便，且使程序运行效率变得更高。通过相关资料显示，通常AtomicInteger
的性能是 ReentantLock 的好几倍。

1.2 可重入锁（递归锁）

本文里面讲的是广义上的可重入锁，而不是单指JAVA 下的 ReentrantLock。可重入锁，也叫
做递归锁，指的是同一线程 外层函数获得锁之后 ，内层递归函数仍然有获取该锁的代码，但不受
影响。在 JAVA 环境下 ReentrantLock 和 synchronized 都是 可重入锁。

1.3 公平锁与非公平锁

公 平锁（ Fair ）
加锁前检查是否有排队等待的线程，优先排队等待的线程，先来先得
非公平锁（ Nonfair ）
加锁时不考虑排队等待问题，直接尝试获取锁，获取不到自动到队尾等待
1. 非公平锁性能比公平锁高 5~10 倍，因为公平锁需要在多核的情况下维护一个队列
2. Java 中的 synchronized 是非公平锁，ReentrantLock 默认的 lock()方法采用的是非公平锁

1.4 ReadWriteLock 读写锁

为了提高性能，Java 提供了读写锁，在读的地方使用读锁，在写的地方使用写锁，灵活控制，如
果没有写锁的情况下，读是无阻塞的,在一定程度上提高了程序的执行效率。读写锁分为读锁和写
锁，多个读锁不互斥，读锁与写锁互斥，这是由 jvm 自己控制的，你只要上好相应的锁即可。
读锁
如果你的代码只读数据，可以很多人同时读，但不能同时写，那就上读锁
写锁
如果你的代码修改数据，只能有一个人在写，且不能同时读取，那就上写锁。总之，读的时候上
读锁，写的时候上写锁！
Java 中 读 写 锁 有 个 接 口 java.util.concurrent.locks.ReadWriteLock ， 也 有 具 体 的 实 现
ReentrantReadWriteLock。

1.5 共享锁和独占锁

java 并发包提供的加锁模式分为独占锁和共享锁。
独占锁
独占锁模式下，每次只能有一个线程能持有锁，ReentrantLock 就是以独占方式实现的互斥锁。
独占锁是一种悲观保守的加锁策略，它避免了读/读冲突，如果某个只读线程获取锁，则其他读线
程都只能等待，这种情况下就限制了不必要的并发性，因为读操作并不会影响数据的一致性。
共享锁
共享锁则允许多个线程同时获取锁，并发访问 共享资源，如：ReadWriteLock。共享锁则是一种
乐观锁，它放宽了加锁策略，允许多个执行读操作的线程同时访问共享资源。
1. AQS 的内部类 Node 定义了两个常量 SHARED 和 EXCLUSIVE，他们分别标识 AQS 队列中等
待线程的锁获取模式。
2. java 的并发包中提供了 ReadWriteLock，读-写锁。它允许一个资源可以被多个读操作访问，
或者被一个 写操作访问，但两者不能同时进行。

1.6 重量级锁 （ Mutex Lock ）

Synchronized 是通过对象内部的一个叫做监视器锁（monitor）来实现的。但是监视器锁本质又
是依赖于底层的操作系统的 Mutex Lock 来实现的。而操作系统实现线程之间的切换这就需要从用
户态转换到核心态，这个成本非常高，状态之间的转换需要相对比较长的时间，这就是为什么
Synchronized 效率低的原因。因此，这种依赖于操作系统 Mutex Lock 所实现的锁我们称之为
“重量级锁”。JDK 中对 Synchronized 做的种种优化，其核心都是为了减少这种重量级锁的使用。
JDK1.6 以后，为了减少获得锁和释放锁所带来的性能消耗，提高性能，引入了“轻量级锁”和
“偏向锁”。

1.7  轻量级锁

锁的状态总共有四种：无锁状态、偏向锁、轻量级锁和重量级锁。
锁升级
随着锁的竞争，锁可以从偏向锁升级到轻量级锁，再升级的重量级锁（但是锁的升级是单向的，
也就是说只能从低到高升级，不会出现锁的降级）。
“轻量级”是相对于使用操作系统互斥量来实现的传统锁而言的。但是，首先需要强调一点的是，
轻量级锁并不是用来代替重量级锁的，它的本意是在没有多线程竞争的前提下，减少传统的重量
级锁使用产生的性能消耗。在解释轻量级锁的执行过程之前，先明白一点，轻量级锁所适应的场
景是线程交替执行同步块的情况，如果存在同一时间访问同一锁的情况，就会导致轻量级锁膨胀
为重量级锁。

1.8  偏向锁

Hotspot 的作者经过以往的研究发现大多数情况下锁不仅不存在多线程竞争，而且总是由同一线
程多次获得。偏向锁的目的是在某个线程获得锁之后，消除这个线程锁重入（CAS）的开销，看起
来让这个线程得到了偏护。引入偏向锁是为了在无多线程竞争的情况下尽量减少不必要的轻量级
锁执行路径，因为轻量级锁的获取及释放依赖多次 CAS 原子指令，而偏向锁只需要在置换
ThreadID 的时候依赖一次 CAS 原子指令（由于一旦出现多线程竞争的情况就必须撤销偏向锁，所
以偏向锁的撤销操作的性能损耗必须小于节省下来的 CAS 原子指令的性能消耗）。上面说过，轻
量级锁是为了在线程交替执行同步块时提高性能，而偏向锁则是在只有一个线程执行同步块时进
一步提高性能。

1.9  锁优化

减少锁持有时间
只用在有线程安全要求的程序上加锁
减小锁粒度
将大对象（这个对象可能会被很多线程访问），拆成小对象，大大增加并行度，降低锁竞争。
降低了锁的竞争，偏向锁，轻量级锁成功率才会提高。最最典型的减小锁粒度的案例就是
ConcurrentHashMap。
锁分离
最常见的锁分离就是读写锁 ReadWriteLock，根据功能进行分离成读锁和写锁，这样读读不互
斥，读写互斥，写写互斥，即保证了线程安全，又提高了性能，具体也请查看[高并发 Java 五]
JDK 并发包 1。读写分离思想可以延伸，只要操作互不影响，锁就可以分离。比如
LinkedBlockingQueue 从头部取出，从尾部放数据
锁粗化
通常情况下，为了保证多线程间的有效并发，会要求每个线程持有锁的时间尽量短，即在使用完
公共资源后，应该立即释放锁。但是，凡事都有一个度，如果对同一个锁不停的进行请求、同步
和释放，其本身也会消耗系统宝贵的资源，反而不利于性能的优化 。
锁消除
锁消除是在编译器级别的事情。在即时编译器时，如果发现不可能被共享的对象，则可以消除这
些对象的锁操作，多数是因为程序员编码不规范引起。

2.1 线程基本方法

线程相关的基本方法有 wait，notify，notifyAll，sleep，join，yield 等。

2.1.1  线程等待（wait ）

调用该方法的线程进入 WAITING 状态，只有等待另外线程的通知或被中断才会返回，需要注意的
是调用 wait()方法后，会释放对象的锁。因此，wait 方法一般用在同步方法或同步代码块中。

2.1.2  线程睡眠（sleep ）

sleep 导致当前线程休眠，与 wait 方法不同的是 sleep 不会释放当前占有的锁,sleep(long)会导致
线程进入 TIMED-WATING 状态，而 wait()方法会导致当前线程进入 WATING 状态

2.1.3  线程让步（yield）

yield 会使当前线程让出 CPU 执行时间片，与其他线程一起重新竞争 CPU 时间片。一般情况下，
优先级高的线程有更大的可能性成功竞争得到 CPU 时间片，但这又不是绝对的，有的操作系统对
线程优先级并不敏感。

2.1.4 线程中断（interrupt ）

中断一个线程，其本意是给这个线程一个通知信号，会影响这个线程内部的一个中断标识位。这
个线程本身并不会因此而改变状态(如阻塞，终止等)。
1. 调用 interrupt()方法并不会中断一个正在运行的线程。也就是说处于 Running 状态的线
程并不会因为被中断而被终止，仅仅改变了内部维护的中断标识位而已。
2. 若调用 sleep()而使线程处于 TIMED-WATING 状态，这时调用 interrupt()方法，会抛出
InterruptedException,从而使线程提前结束 TIMED-WATING 状态。

3. 许多声明抛出 InterruptedException 的方法(如 Thread.sleep(long mills 方法))，抛出异
常前，都会清除中断标识位，所以抛出异常后，调用 isInterrupted()方法将会返回 false。
4. 中断状态是线程固有的一个标识位，可以通过此标识位安全的终止线程。比如,你想终止
一个线程thread的时候，可以调用thread.interrupt()方法，在线程的run方法内部可以
根据 thread.isInterrupted()的值来优雅的终止线程。

2.1.5 Join 等待其他线程终止

join() 方法，等待其他线程终止，在当前线程中调用一个线程的 join() 方法，则当前线程转为阻塞
状态，回到另一个线程结束，当前线程再由阻塞状态变为就绪状态，等待 cpu 的宠幸。

2.1.6 为什么要用 join()方法 方法？

很多情况下，主线程生成并启动了子线程，需要用到子线程返回的结果，也就是需要主线程需要
在子线程结束后再结束，这时候就要用到 join() 方法。

System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "线程运行开始!");
Thread6 thread1 = new Thread6();
thread1.setName("线程 B");
thread1.join();
System.out.println("这时 thread1 执行完毕之后才能执行主线程");

 2.1.7  线程唤醒（notify）

Object 类中的 notify() 方法，唤醒在此对象监视器上等待的单个线程，如果所有线程都在此对象
上等待，则会选择唤醒其中一个线程，选择是任意的，并在对实现做出决定时发生，线程通过调
用其中一个 wait() 方法，在对象的监视器上等待，直到当前的线程放弃此对象上的锁定，才能继
续执行被唤醒的线程，被唤醒的线程将以常规方式与在该对象上主动同步的其他所有线程进行竞
争。类似的方法还有 notifyAll() ，唤醒再次监视器上等待的所有线程。

2.1.8 其他方法：

1. sleep()：强迫一个线程睡眠Ｎ毫秒。
2. isAlive()： 判断一个线程是否存活。
3. join()： 等待线程终止。
4. activeCount()： 程序中活跃的线程数。
5. enumerate()： 枚举程序中的线程。
6. currentThread()： 得到当前线程。
7. isDaemon()： 一个线程是否为守护线程。
8. setDaemon()： 设置一个线程为守护线程。(用户线程和守护线程的区别在于，是否等待主线
程依赖于主线程结束而结束)
9. setName()： 为线程设置一个名称。
10. wait()： 强迫一个线程等待。

11. notify()： 通知一个线程继续运行。
12. setPriority()： 设置一个线程的优先级。
13. getPriority():：获得一个线程的优先级。