synchronized 和 AQS

synchronized

三种加锁方式
- 同步代码块
- 修改普通方法
- 修饰静态方法
锁升级过程
- 无锁
  - 当一个对象被创建之后，还没有线程进入，这个时候对象处于无锁状态
- 偏向锁
  - 当锁处于无锁状态时，有一个线程A 访问同步块并获取锁时，会在对象头和栈帧中的锁记录中记录线程id，以后该线程在进入和退出同步块时不需要进行 CAS操作来进行加锁和解锁，只需要简单的测试一下对象头中的线程id 和当前线程是否一致
- 轻量级锁
  - 在偏向锁的基础上，又有另外一个线程B 进来，这时判断对象头中存储的线程A 的 id 和线程B 不一致，就会使用 CAS 竞争锁，并且升级为轻量级锁，会在线程栈中创建一个锁记录(Lock Record)，将 Mark Word 复制到锁记录中，然后线程尝试使用 CAS 将对象头的 Mark Word 替换成指向锁记录的指针，如果成功，则当前线程获得锁；失败，表示其他线程竞争锁，当前线程便尝试 CAS 来获取锁
- 重量级锁
  - 当线程没有获得轻量级锁时，线程会 CAS 自旋来获取锁，当一个线程自旋10次之后，仍然未获得锁，那么就会升级成为重量级锁
  - 成为重量级锁之后，线程会进入阻塞队列(EntryList)，线程不再自旋获取锁，而是由 CPU 进行调度，线程串行执行

AQS (AbstractQueuedSynchronizer)

这个类在 java.util.concurrent.locks (j.u.c.locks) 包下面
AQS 是一个用来构建锁和同步器的框架，使用 AQS 能简单且高效地构造出应用广泛的大量的同步器，比如我们提到的 ReentrantLock、ReentrantReadWriteLock 等等皆是基于 AQS 的
AQS 核心思想是，如果被请求的共享资源空闲，则将当前请求资源的线程设置为有效的工作线程，并且将共享资源设置为锁定状态；如果被请求的共享资源被占用，那么就需要一套线程阻塞等待以及被唤醒时锁分配的机制，这个机制 AQS 是用 CLH 队列(Craig Landin Hagersten、虚拟双向队列、FIFO 队列)锁实现的，即将暂时获取不到锁的线程加入到队列中
- 为什么要用虚拟双向队列 ?
  
  很明显嘛，假设队列是单向的如：head -> n1 -> n2 -> tail，出队的时候获取 n1 很简单，head.next 就行了，入队就麻烦了，因为是一个 FIFO 队列，后放的元素要放在尾部，要遍历整个链表到 n2，然后 n2.next = n3；n3.next = tail，入队的复杂度就是 O(n) ，而且 tail 也失去他的意义
- 相反双向链表出队和入队都是 O(1) 时间复杂度，说白了空间换时间
AQS 定义两种资源共享方式
- 独占锁和共享锁
  - 独占锁：同一个时刻只能有一个线程访问，无论是读锁还是写锁
  - 共享锁：同一个时刻只能有一个写锁，读锁可以有多个可以同一时刻访问
- Exclusive：独占锁
  - 只有一个线程能执行，如 ReentrantLock，又可分为公平锁和非公平锁
    - 公平锁：按照线程在队列中的排队顺序，先到者先拿到锁
    - 非公平锁：当线程要获取锁时，无视队列顺序直接去抢锁，谁抢到就是谁的
- Share：共享锁
  - 多个线程可同时执行，如 CountDownLatch、Semaphore、 CyclicBarrier、ReadWriteLock
AQS 模板方法
- 使用者继承 AbstractQueuedSynchronizer 并重写指定的方法 (重写方法就是对于共享资源 state 的获取和释放)
- 将 AQS 组合在自定义同步组件的实现中，并调用其模板方法，而这些模板方法会调用使用者重写的方法 (钩子方法)
- AQS 使用模板方法模式，自定义同步器时需要重写下面几个 AQS 提供的模板方法：
  - isHeldExclusively() // 该线程是否正在独占资源，只有用到 condition才需要去实现它
  - tryAcquire(int) // 独占方式，尝试获取资源，成功则返回 true，失败则返回 false
  - tryRelease(int) // 独占方式，尝试释放资源，成功则返回 true，失败则返回 false
  - tryAcquireShared(int) // 共享方式，尝试获取资源，负数表示失败；0表示成功，但没有剩余可用资源；正数表示成功，且有剩余资源
  - tryReleaseShared(int) // 共享方式，尝试释放资源，成功则返回 true，失败则返回 false

ReentrantLock 和 ReentrantReadWriteLock 的区别

ReentrantLock
- 实现 Lock 接口
- 独占锁
ReentrantReadWriteLock
- 实现 ReadWriteLock 接口，有 readLock()、writeLock() 两个方法
- 共享锁

公平锁和非公平锁实现的区别

公平锁：lock() 和 tryLock() 会直接调用 acquire() 方法
非公平锁：lock() 和 tryLock() 会先调用 CAS 尝试获取锁资源，如果获取不到调用 acquire() 方法

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