嗯！这篇多线程不错！伍
开篇闲扯
前面几篇写了有关Java对象的内存布局、Java的内存模型、多线程锁的分类、Synchronized、Volatile、以及并发场景下出现问题的三大罪魁祸首。看起来写了五篇文章，实际上也仅仅是写了个皮毛，用来应付应付部分公司“八股文”式的面试还行，但是在真正的在实际开发中会遇到各种稀奇古怪的问题。这时候就要通过线上的一些监测手段，获取系统的运行日志进行分析后再对症下药，比如JDK的jstack、jmap、命令行工具vmstat、JMeter等等，一定要在合理的分析基础上优化，否则可能就是系统小“感冒”，结果做了个阑尾炎手术。
又扯远了，老样子，还是先说一下本文主要讲点啥，然后再一点点解释。本文主要讲并发包JUC中的三个类：ReentrantLock、ReentrantReadWriteLock和StampedLock以及AQS（AbstractQueuedSynchronizer）的一些基本概念。
先来个脑图：
Lock接口
public interface Lock { //加锁操作，加锁失败就进入阻塞状态并等待锁释放 void lock(); //与lock()方法一直，只是该方法允许阻塞的线程中断 void lockInterruptibly() throws InterruptedException; //非阻塞获取锁 boolean tryLock(); //带参数的非阻塞获取锁 boolean tryLock(long time, TimeUnit unit) throws InterruptedException; //统一的解锁方法 void unlock();}上面的源码展示了作为顶层接口Lock定义的一些基础方法。
lock只是个显示的加锁接口，对应不同的实现类，可以供开发人员进行自定义扩展。比如一些定时的可轮询的获取锁模式，公平锁与非公平锁，读写锁，以及可重入锁等，都能够很轻松的实现。Lock的锁是基于Java代码实现的，加解锁都是通过lock()和unlock()方法实现的。从性能上来说，Synchronized的性能（吞吐量）以及稳定性是略差于Lock锁的。但是，在Doug Lee参与编写的《Java并发编程实践》一书中又特别强调了，如果不是对Lock锁中提供的高级特性有绝对的依赖，建议还是使用Synchronized来作为并发同步的工具。因为它更简洁易用，不会因为在使用Lock接口时忘记在Finally中解锁而出bug。说到底，还是为了降低编程门槛，让Java语言更加好用。
其实常见的几个实现类有：ReentrantLock、ReentrantReadWriteLock、StampedLock
接下来将详细讲解一下。
ReentrantLock
先简单举个使用的例子：
/** * FileName: TestLock * Author: RollerRunning * Date: 2020/12/7 9:34 PM * Description: */public class TestLock { private static int count=0; private static Lock lock=new ReentrantLock(); public static void add(){ // 加锁 lock.lock(); try { count++; Thread.sleep(1); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); }finally{ //在finally中解锁，加解锁必须成对出现 lock.unlock(); } }}ReentrantLock只支持独占式的获取公平锁或者是非公平锁（都是基于Sync内部类实现，而Sync又继承自AQS），在它的内部类Sync继承了AbstractQueuedSynchronizer，并同时实现了tryAcquire()、tryRelease()和isHeldExclusively()方法等。同时，在ReentrantLock中还有其他两个内部类，一个是实现了公平锁一个实现了非公平锁，下面是ReentrantLock的部分源码：
/** * 非公平锁 */static final class NonfairSync extends Sync { private static final long serialVersionUID = 7316153563782823691L; /** * Performs lock. Try immediate barge, backing up to normal * acquire on failure. */ final void lock() { if (compareAndSetState(0, 1)) setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread()); else acquire(1); } protected final boolean tryAcquire(int acquires) { return nonfairTryAcquire(acquires); }}/** * 公平锁 */static final class FairSync extends Sync { private static final long serialVersionUID = -3000897897090466540L; //加锁时调用 final void lock() { acquire(1); } /** * Fair version of tryAcquire. Don't grant access unless * recursive call or no waiters or is first. */ protected final boolean tryAcquire(int acquires) { //获取当前线程 final Thread current = Thread.currentThread(); //获取父类 AQS 中的int型state int c = getState(); //判断锁是否被占用 if (c == 0) { //这个if判断中，先判断队列是否为空，如果为空则说明锁可以正常获取，然后进行CAS操作并修改state标志位的信息 if (!hasQueuedPredecessors() && compareAndSetState(0, acquires)) { //CAS操作成功，设置AQS中变量exclusiveOwnerThread的值为当前线程，表示获取锁成功 setExclusiveOwnerThread(current); //返回获取锁成功 return true; } } //而当state的值不为0时，说明锁已经被拿走了，此时判断锁是不是自己拿走的，因为他是个可重入锁。 else if (current == getExclusiveOwnerThread()) { //如果是当前线程在占用锁，则再次获取锁，并修改state的值 int nextc = c + acquires; if (nextc < 0) throw new Error("Maximum lock count exceeded"); setState(nextc); return true; } //当标志位不为0，且占用锁的线程也不是自己时，返回获取锁失败 return false; }}/** * AQS中排队的方法 */final boolean acquireQueued(final Node node, int arg) { boolean failed = true; try { boolean interrupted = false; for (;;) { final Node p = node.predecessor(); if (p == head && tryAcquire(arg)) { setHead(node); p.next = null; // help GC failed = false; return interrupted; } if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) && parkAndCheckInterrupt()) interrupted = true; } } finally { if (failed) cancelAcquire(node); }}上面是以公平锁为例对源码进行了简单的注释，可以根据这个思路，看一看非公平锁的源码实现，再关闭源码试着画一下整个流程图，了解其内部实现的真谛。我先画为敬了：
这里涵盖了ReentrantLock的加锁基本流程，观众老爷是不是可以试着画一下解锁的流程，还有就是这个例子是独占式公平锁，独占式非公平锁的总体流程大差不差，这里就不赘述了。
ReentrantReadWriteLock
一个简单的使用示例，大家可以自己运行感受一下：
/** * FileName: ReentrantReadWriteLockTest * Author: RollerRunning * Date: 2020/12/8 6:48 PM * Description: ReentrantReadWriteLock的简单使用示例 */public class ReentrantReadWriteLockTest { private static ReentrantReadWriteLock READWRITELOCK = new ReentrantReadWriteLock(); //获得读锁 private static ReentrantReadWriteLock.ReadLock READLOCK = READWRITELOCK.readLock(); //获得写锁 private static ReentrantReadWriteLock.WriteLock WRITELOCK = READWRITELOCK.writeLock(); public static void main(String[] args) { ReentrantReadWriteLockTest lock = new ReentrantReadWriteLockTest(); //分别启动两个读线程和一个写线程 Thread readThread1 = new Thread(new Runnable() { @Override public void run() { lock.read(); } },"read1"); Thread readThread2 = new Thread(new Runnable() { @Override public void run() { lock.read(); } },"read2"); Thread writeThread = new Thread(new Runnable() { @Override public void run() { lock.write(); } },"write"); readThread1.start(); readThread2.start(); writeThread.start(); } public void read() { READLOCK.lock(); try { System.out.println("线程 " + Thread.currentThread().getName() + " 获取读锁。。。"); Thread.sleep(2000); System.out.println("线程 " + Thread.currentThread().getName() + " 释放读锁。。。"); } catch (Exception e) { e.printStackTrace(); } finally { READLOCK.unlock(); } } public void write() { WRITELOCK.lock(); try { System.out.println("线程 " + Thread.currentThread().getName() + " 获取写锁。。。"); Thread.sleep(2000); System.out.println("线程 " + Thread.currentThread().getName() + " 释放写锁。。。"); } catch (Exception e) { e.printStackTrace(); } finally { WRITELOCK.unlock(); } }}前面说了ReentrantLock是一个独占锁，即不论线程对数据执行读还是写操作，同一时刻只允许一个线程持有锁。但是在一些读多写少的场景下，这种不分青红皂白就无脑加锁对的做法不够极客也很影响效率。因此，基于ReentrantLock优化而来的ReentrantReadWriteLock就出现了。这种锁的思想是“读写锁分离”，多个线程可以同时持有读锁，但是不允许多个线程持有相同写锁或者同时持有读写锁。关键源码解读：
//加共享锁protected final int tryAcquireShared(int unused) { //获取当前加锁的线程 Thread current = Thread.currentThread(); //获取锁状态信息 int c = getState(); //判断当前锁是否可用，并判断当前线程是否独占资源 if (exclusiveCount(c) != 0 && getExclusiveOwnerThread() != current) return -1; //获取读锁的数量 int r = sharedCount(c); //这里做了三个判断：是否阻塞即是否为公平锁、持有该共享锁的线程是否超过最大值、CAS加共享读锁是否成功 if (!readerShouldBlock() && r < MAX_COUNT && compareAndSetState(c, c + SHARED_UNIT)) { //当前线程为第一个加读锁的，并设置持有锁线程数量 if (r == 0) { firstReader = current; firstReaderHoldCount = 1; } else if (firstReader == current) { //当前表示为重入锁 firstReaderHoldCount++; } else { HoldCounter rh = cachedHoldCounter; if (rh == null || rh.tid != getThreadId(current)) //获取当前线程的计数器 cachedHoldCounter = rh = readHolds.get(); else if (rh.count == 0) //添加到readHolds中，这里是基于ThreadLocal实现的，每个线程都有自己的readHolds用于记录自己重入的次数 readHolds.set(rh); rh.count++; } return 1; } return fullTryAcquireShared(current);}final int fullTryAcquireShared(Thread current) { HoldCounter rh = null; for (;;) { int c = getState(); if (exclusiveCount(c) != 0) { if (getExclusiveOwnerThread() != current) return -1; // else we hold the exclusive lock; blocking here // would cause deadlock. } else if (readerShouldBlock()) { // Make sure we're not acquiring read lock reentrantly if (firstReader == current) { // assert firstReaderHoldCount > 0; } else { if (rh == null) { rh = cachedHoldCounter; if (rh == null || rh.tid != getThreadId(current)) { rh = readHolds.get(); if (rh.count == 0) readHolds.remove(); } } if (rh.count == 0) return -1; } } if (sharedCount(c) == MAX_COUNT) throw new Error("Maximum lock count exceeded"); if (compareAndSetState(c, c + SHARED_UNIT)) { if (sharedCount(c) == 0) { firstReader = current; firstReaderHoldCount = 1; } else if (firstReader == current) { firstReaderHoldCount++; } else { if (rh == null) rh = cachedHoldCounter; if (rh == null || rh.tid != getThreadId(current)) rh = readHolds.get(); else if (rh.count == 0) readHolds.set(rh); rh.count++; cachedHoldCounter = rh; // cache for release } return 1; } }}在ReentrantReadWriteLock中，也是基于AQS来实现的，在它的内部使用了一个int型（4字节32位）的stat来表示读写锁，其中高16位表示读锁，低16位表示写锁，而对于读写锁的判断通常是对int值以及高低16位进行判断。接下来用一张图展示一下获取共享的读锁过程：
至此，分别展示了获取ReentrantLock独占锁和ReentrantReadWriteLock共享读锁的过程，希望能够帮助大家跟面试官PK。
总结一下前面说的两种锁：
当线程持有读锁时，那么就不能再获取写锁。当A线程在获取写锁的时候，如果当前读锁被占用，立即返回失败失败。
当线程持有写锁时，该线程是可以继续获取读锁的。当A线程获取读锁时如果发现写锁被占用，判断当前写锁持有者是不是自己，如果是自己就可以继续获取读锁，否则返回失败。
StampedLock
StampedLock其实是对ReentrantReadWriteLock进行了进一步的升级，试想一下，当有很多读线程，但是只有一个写线程，最糟糕的情况是写线程一直竞争不到锁，写线程就会一直处于等待状态，也就是线程饥饿问题。StampedLock的内部实现也是基于队列和state状态实现的，但是它引入了stamp(标记)的概念，因此在获取锁时会返回一个唯一标识stamp作为当前锁的版本，而在释放锁时，需要传递这个stamp作为标识来解锁。
从概念上来说StampedLock比RRW多引入了一种乐观锁的思想，从使用层面来说，加锁生成stamp，解锁需要传同样的stamp作为参数。
最后贴一张我整理的这部分脑图：
最后，感谢各位观众老爷，还请三连！！！
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