java多线程无锁和工具类

1 无锁

（1） cas （compare and swap） 设置值的时候，会比较当前值和当时拿到的值是否相同，如果相同则设值，不同则拿新值重复过程；注意，在设置值的时候，取值+比较+设值 是一条cpu语句，在这个过程中不会有其他线程干扰，是原子操作。从指令层面保证操作可靠。CAS有3个操作数，内存值V，旧的预期值A，要修改的新值B。

（2）无锁类 无锁算法都处于无限循环之内，先进行compare，成功后swap，不成功则一只循环compare。

AtomicInteger get() set() getAndIncrement() incrementAndGet() compareAndSet().... 封装了一个volatile的int value,以incrementAndGet（）为例，会使用当前值，偏移量，和期望值做判断是否increament；getAndIncreament() 拿到值以后再加一，用当前值和期望值比较 如果相同则没被其他线程打扰，不同则重试。

AtomicReference 使用：如a= new AtomicReference("a") ，多线程调用compareAndSet("a","bc") 那么会使用cas给a对象新的引用，只有一个线程会修改成功（因为成功之后原始引用就变了 compare会失败），防止并发修改引用。

AtomicStampedReference stamped是时间戳，对atomicReference的加强。如果一个引用，经过了A→B→A的过程，一个线程在赋值进行cas的时候，compare得到后面一个A,认为没有变化于是set，这种情况对注重结果的义务没影响，但是对于过程敏感（需要记录过程变化的业务）的情况相当于忽略了一个变化过程。针对后一种情况，在每个引用改变的时候再加个时间戳，可以标注引用的变化情况，compare的时候即比较原始值又比较时间戳，失败的话重新拿值。

AtomicIntegerArray int型数组，每个元素都是cas线程安全的。

AtomicIntegerFieldUpdater 让普通变量也可以原子操作，.newUpdater(xxx.class,"字段名称") 新建更新器，用反射对某个类的某个字段使用原子操作，同时需要手动对该变量加上volatile关键字，使用更新器的increamentAndGet可以实现对该变量的原子操作。

*范例 vector 是加锁同步工具类，整体加锁。可以设计一个无锁vector，LockFreeVector. 内部封装一个AtomicReference<AtomicReference> 二维数组，当数据扩充的时候，直接在二维位置上加一个容量大一倍的数组，而不是像一般vector一样声明一个两倍大小的空数组再拷贝原来数据。相当于拥有好多个buckets,每个bucket大小都是前一个的两倍，总共30个bucket，绝对够用。扩容时，使用compareAndSet 期望原始值是null，新值是新的长度两倍的数组。add的时候 先算出应该在哪个bucket和bucket上那个位置，然后还是cas，期望原始值是null实际值为新值。

2 并发包 concurrent

（1）ReentrantLock sychronized升级版，lock=new ReentrantLock; lock.lock();lock.unlock();需要程序控制何时释放锁，增强灵活性；

可重入，可以多次lock(),lock几次就得unlock几次，每次重入lock值+1。

可中断，lock.lockinterruptibly(),这个函数加锁可中断，抓异常处理中断，可预防死锁。

可限时，lock.tryLock(),申请锁的时间加上限制，避免一直申请不到锁浪费时间。

公平锁，保证线程先到先得，但公平锁要处理排队，性能比一般锁差。

*synchronized是在JVM层面上实现的，不但可以通过一些监控工具监控synchronized的锁定，而且在代码执行时出现异常，JVM会自动释放锁定，但是使用Lock则不行，lock是通过jdk代码实现的，要保证锁定一定会被释放，就必须将unLock()放到finally{}中。

* 在资源竞争不是很激烈的情况下，Synchronized的性能要优于ReetrantLock，但是在资源竞争很激烈的情况下，Synchronized的性能会下降几十倍，但是ReetrantLock的性能能维持常态；

（2）Condition 和reentrantlock成对使用，类似wait和notify，使用await（）和signal（），挂起线程和唤醒，挂起释放锁，唤醒重新争夺锁。也和wait相似，抓中断异常来处理中断；如果调用awaitUninterruptibly() 则不会响应中断。原理是维护一个等待队列，把await的线程放入等待队列，让出cpu时钟，signal的时候把等待队列的第一个放入lock的执行队列。

1）.await()方法是可以响应线程中断命令的；

2）.await()和signal()方法在当前线程锁定了Condition对应的锁时才能使用；

3）.一个锁对应多个Condition对象，每个Condition的signal()方法只通知相同Condition的await()方法，condition之间不会互相通知；

4）.signal()被调用时，wait队列中的第一个对象会被唤醒，signalAll()时，wait队列中元素的全部按先入先出的顺序被唤醒；

5）.如果既存在await的线程，又存在一直等待lock()的线程，当signal()的线程完成时，lock()的线程优先级比await()的线程优先级高，当所有lock()线程获取到锁并释放后，才会轮到await()线程。

（3）Semaphore 信号量，允许若干个线程进入临界区，如果信号量是1，就是普通的线程（具有排他性）。new Semaphore(5);初始化信号量个数，semp.acquire()和 semp.release()代表拿到信号量和释放信号量，如果初始信号量为1，代表只有一个线程可以进入临界区，跟普通加锁一样。信号量可以更灵活的资源分配。

（4）ReadWriteLock 允许多读单写，所有read线程是无等待并发。new ReentrantReadWriteLock(),读锁readLock(),写锁writeLock。读写互斥，读读允许。

读锁和写锁之间满足如下的约束：
1）当任一线程持有写锁或读锁时，其他线程不能获得写锁；
2）当任一线程持有写锁时，其他线程不能获取读锁；
3）多个线程可以同时持有读锁。

* 获取写锁以后不释放写锁可以继续获取读锁，但是获得读锁以后不释放获得写锁不可以。写锁可以降级为读锁，如果获得写锁在获得读锁，再释放写锁，读锁仍然持有。

（5）CountDownLatch 倒数计数器，所有线程都结束在继续某操作时可以使用。

（6）CyclicBarrier 循环栅栏，countDownLatch 是能设定一次，latch是–，完了以后就没用了，CyclicBarrier可以循环使用，计数是++。

*使用coutdownlatch，是把分散在各线程的路径最终统一到主线程（主线程await），cyclicBarrer是在各线程中await，每次await就++，到达初始设置的栅栏值后继续往下走，相当于所有参与者线程都到了（await）以后才继续往下走，使用时会抓异常防止某线程中断无法await导致其他线程都处在await状态无法往下走。

（7）LockSupport park() unPark() 挂起 继续线程，类似suspend,但是suspend有缺陷，如果resume发生在suspend之前，那么suspend挂起后会永远挂起；LockSupport如果先unPark 在park，不会挂起不动。park/unpark的设计原理核心是“许可”。park是等待一个许可。unpark是为某线程提供一个许可。如果某线程A调用park，那么除非另外一个线程调用unpark(A)给A一个许可，否则线程A将阻塞在park操作上。