Java学习总结：AtomicCASAQSReentrantLock和CountDownLock

Posted 2020-11-27 liushoudong

JUC包

AtomicInteger底层实现原理是什么？-->一个Unsafe操作获取内存地址，一个Volatile保证value的可见性，CAS进行重试。

原子更新方法：getAndIncrement-->Unsafe会利用value字段的内存地址偏移，直接完成操作 ？

Atomic 包提供了最常用的原子性数据类型，甚至是引用、数组等相关原子类型和更新操作工具，是很多线程安全程序的首选。

CAS-->获取当前数值，进行一些运算，利用CAS指令试图进行更新。如果当前数值未变，代表没有其他线程进行并发修改，则成功更新。否则，可能出现不同的选择，要么进行重试，要么就返回一个成功或者失败的结果。

            CAS有三个操作数：内存地址，旧的预期值，新值

CAS更加底层：依赖于CPU提供的特定指令

 

在什么场景下，可以采用 CAS 技术，调用 Unsafe 毕竟不是大多数场景的最好选择，有没有更加推荐的方式呢？

CAS缺点：试错机制占用CPU，适合小任务；ABA，stamp版本

 

AbstractQueuedSynchronizer（AQS）-->是 Java 并发包中，实现各种同步结构和部分其他组成单元（如线程池中的 Worker）的基础。

AQS就是将基础的同步相关操作抽象在 AbstractQueuedSynchronizer 中，利用 AQS 为我们构建同步结构提供了范本。

AQS = 一个volatile的整数成员表征状态（同时提供了setState()和getState()方法）+ 一个先入先出（FIFO）的等待线程队列，以实现多线程间竞争和等待 + 各种基于CAS的基础操作方法，以及各种期望具体同步结构去实现的acquire/release方法

 

利用AQS实现一个同步结构-->需要实现acquire操作，获取资源的独占权；release操作，释放对某个资源的独占

 

对 ReentrantLock、CyclicBarrier 等并发结构底层的实现技术的理解。

可重入锁ReentrantLock，内部通过扩展AQS实现了Sync类型，以AQS的state来反应锁的持有情况

acquire方法逻辑，其直接实现是在AQS内部，调用了tryAcquire和acquireQueued

在可重入锁种，tryAcquire逻辑实现在NonfairSync和FairSync中，分别提供了进一步的非公平或公平性方法，而AQS内部tryAcquire仅仅是个接近未实现的方法（直接抛异常），这是留给实现者自己定义的操作

以非公平的tryAcquire为例，其内部实现了如何配合状态与CAS获取锁，对比公平版本的tryAcquire，它在锁无人占有时，并不检查是否有其他等待者，这里体现了非公平的语义。

nonfairTryAcquire实现-->获取当前AQS内部状态量；返回0表示无人占有，则直接用CAS修改状态位；如果不是0，但等于当前线程id，继续后续操作，setState；如果都不是报错。

acquireQueued-->如果tryAcquire失败，线程间对锁的竞争通过FIFO队列实现。当前线程会被包装成为一个排他模式的节点，通过addWaiter方法添加到队列中。acquireQueued的逻辑，就是如果当前节点的前面是头节点，则试图获取锁，一切顺利则成为新的头节点；否则，有必要则等待

tryAcquire 是按照特定场景需要开发者去实现的部分，而线程间竞争则是 AQS 通过 Waiter 队列与 acquireQueued 提供的，在 release 方法中，同样会对队列进行对应操作。