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進(jìn)程與線程

「進(jìn)程」

進(jìn)程的本質(zhì)是一個(gè)正在執(zhí)行的程序，程序運(yùn)行時(shí)系統(tǒng)會(huì)創(chuàng)建一個(gè)進(jìn)程，并且「給每個(gè)進(jìn)程分配獨(dú)立的內(nèi)存地址空間，用來(lái)保證每個(gè)進(jìn)程地址不會(huì)相互干擾」。

同時(shí)，在 CPU 對(duì)進(jìn)程做時(shí)間片的切換時(shí)，保證進(jìn)程切換過(guò)程中仍然要從進(jìn)程切換之前運(yùn)行的位置處開始執(zhí)行。所以進(jìn)程通常還會(huì)包括程序計(jì)數(shù)器、堆棧指針。

相對(duì)好理解點(diǎn)的案例：電腦上開啟QQ就是開啟一個(gè)進(jìn)程、打開IDEA就是開啟一個(gè)進(jìn)程、打開瀏覽器就是開啟一個(gè)進(jìn)程.....

當(dāng)我們的電腦開啟你太多的運(yùn)用(QQ，微信，瀏覽器、PDF、word、IDEA等)后，電腦就很容易出現(xiàn)卡頓，甚至死機(jī)，這里最主要原因就是CPU一直不停地切換導(dǎo)致的。

下圖是單核CPU情況下，多進(jìn)程之間的切換：

有了進(jìn)程以后，可以讓操作系統(tǒng)從宏觀層面實(shí)現(xiàn)多應(yīng)用并發(fā)。

而并發(fā)的實(shí)現(xiàn)是通過(guò) CPU 時(shí)間片不端切換執(zhí)行的，對(duì)于單核 CPU來(lái)說(shuō)，在任意一個(gè)時(shí)刻只會(huì)有一個(gè)進(jìn)程在被CPU 調(diào)度。

線程的生命周期

既然是生命周期，那么就很有可能會(huì)有階段性的或者狀態(tài)的，比如人的一生一樣：

精子和卵子結(jié)合---> 嬰兒---> 小孩--> 成年--> 中年--> 老年-->去世

線程狀態(tài)

關(guān)于線程的生命周期網(wǎng)上有不一樣的答案，有說(shuō)五種也有說(shuō)六種。

Java中線程確實(shí)有6種，這是有理有據(jù)的，可以看看java.lang.Thread類中有個(gè)這么一個(gè)枚舉。

public enum State { 
        NEW, 
        RUNNABLE, 
        BLOCKED,  
        WAITING,  
        TIMED_WAITING,  
        TERMINATED; 
} 

這就是Java線程對(duì)應(yīng)的狀態(tài)，組合起來(lái)就是Java中一個(gè)線程的生命周期。下面是這個(gè)枚舉的注釋：

每種狀態(tài)簡(jiǎn)單說(shuō)明：

• NEW(初始)：線程被創(chuàng)建后尚未啟動(dòng)。
• RUNNABLE(運(yùn)行)：包括了操作系統(tǒng)線程狀態(tài)中的Running和Ready，也就是處于此狀態(tài)的線程可能正在運(yùn)行，也可能正在等待系統(tǒng)資源，如等待CPU為它分配時(shí)間片。
• BLOCKED(阻塞)：線程阻塞于鎖。
• WAITING(等待)：線程需要等待其他線程做出一些特定動(dòng)作(通知或中斷)。
• TIME_WAITING(超時(shí)等待)：該狀態(tài)不同于WAITING，它可以在指定的時(shí)間內(nèi)自行返回。
• TERMINATED(終止)：該線程已經(jīng)執(zhí)行完畢。

線程生命周期

借用網(wǎng)上的這張圖，這張圖描述的很清楚了，這里就不在啰嗦。

何為線程安全?

我們經(jīng)常會(huì)聽說(shuō)某個(gè)類是線程安全，某個(gè)類不是線程安全的。那么究竟什么叫做線程安全呢?

我們引用《Java Concurrency in Practice》里面的定義：

在不使用額外同步的情況下，多個(gè)線程訪問(wèn)一個(gè)對(duì)象時(shí)，不論線程之間如何交替執(zhí)行或者在調(diào)用方進(jìn)行任何其它的協(xié)調(diào)操作，調(diào)用這個(gè)對(duì)象的行為都能得到正確的結(jié)果，那么這個(gè)對(duì)象是線程安全的。

也可以這么理解：

多個(gè)線程訪問(wèn)同一個(gè)對(duì)象時(shí)，如果不用考慮這些線程在運(yùn)行時(shí)環(huán)境下的調(diào)度和交替執(zhí)行，也不需要進(jìn)行額外的同步，或者在調(diào)用方進(jìn)行任何其他操作，調(diào)用這個(gè)對(duì)象的行為都可以獲得正確的結(jié)果，那么這個(gè)對(duì)象就是線程安全的?；蛘哒f(shuō)：一個(gè)類或者程序所提供的接口對(duì)于線程來(lái)說(shuō)是原子操作或者多個(gè)線程之間的切換不會(huì)導(dǎo)致該接口的執(zhí)行結(jié)果存在二義性，也就是說(shuō)我們不用考慮同步的問(wèn)題。

可以簡(jiǎn)單的理解為：“你隨便怎么調(diào)用，出了問(wèn)題算我輸”。

這個(gè)定義對(duì)于類來(lái)說(shuō)是十分嚴(yán)格的，即使是Java API中標(biāo)為線程安全的類也很難滿足這個(gè)要求。

比如Vector是標(biāo)記為線程安全的，但實(shí)際上并不能滿足這個(gè)條件，舉個(gè)例子：

public class Vector<E>  extends AbstractList<E>  implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable{ 
    public synchronized E get(int index) { 
        if (index >= elementCount) 
            throw new ArrayIndexOutOfBoundsException(index); 
        return elementData(index); 
    } 
    public synchronized void removeElementAt(int index) { 
        modCount++; 
        if (index >= elementCount) { 
            throw new ArrayIndexOutOfBoundsException(index + " >= " + 
                                                     elementCount); 
        } 
        else if (index < 0) { 
            throw new ArrayIndexOutOfBoundsException(index); 
        } 
        int j = elementCount - index - 1; 
        if (j > 0) { 
            System.arraycopy(elementData, index + 1, elementData, index, j); 
        } 
        elementCount--; 
        elementData[elementCount] = null; /* to let gc do its work */ 
    } 
    //....基本上所有方法都是synchronized修飾的 
}    

來(lái)看下面一個(gè)案例：

判斷Vector中第0個(gè)元素是不是空字符，如果是空字符就將其刪除。

package com.java.tian.blog.utils; 
 
import java.util.Vector; 
 
public class SynchronizedDemo{ 
    static Vector<String> vct = new Vector<String>(); 
    public  void remove() { 
        if("".equals(vct.get(0))) { 
            vct.remove(0); 
        } 
    } 
 
    public static void main(String[] args) { 
        vct.add(""); 
        SynchronizedDemo synchronizedDemo = new SynchronizedDemo(); 
        new Thread(new Runnable() { 
            @Override 
            public void run() { 
                synchronizedDemo.remove(); 
            } 
        },"線程1").start(); 
        new Thread(new Runnable() { 
            @Override 
            public void run() { 
                synchronizedDemo.remove(); 
            } 
        },"線程2").start(); 
 
    } 
} 

上面的邏輯看起來(lái)沒(méi)有問(wèn)題，實(shí)際上是有可能導(dǎo)致錯(cuò)誤的：假設(shè)第0個(gè)元素是空字符，判斷的時(shí)候得到的結(jié)果是true。

兩個(gè)線程同時(shí)執(zhí)行上面的remove方法，(「極端的情況」)都「可能」get到的是""，然后都去刪除第0個(gè)元素，這個(gè)元素有可能已經(jīng)被其它線程刪除了，因此Vector不是絕對(duì)線程安全的。(上面這個(gè)案例只是做演示而已，在你的業(yè)務(wù)代碼里面這么寫的話，線程安全真的就不能靠Vector來(lái)保證了)。

通常情況下我們說(shuō)的線程安全都是相對(duì)線程安全，相對(duì)線程安全只要求調(diào)用單個(gè)方法的時(shí)候不需要同步就可以得到正確的結(jié)果，但數(shù)多個(gè)方法組合調(diào)用的時(shí)候也是有可能導(dǎo)致多線程問(wèn)題的。

如果想讓上面的操作執(zhí)行正確，我們需要在調(diào)用Vector方法的時(shí)候添加額外的同步操作：

package com.java.tian.blog.utils; 
 
import java.util.Vector; 
 
public class SynchronizedDemo { 
    static Vector<String> vct = new Vector<String>(); 
 
    public void remove() { 
        synchronized (vct) { 
        //synchronized (SynchronizedDemo.class) { 
            if ("".equals(vct.get(0))) { 
                vct.remove(0); 
            } 
        } 
    } 
 
    public static void main(String[] args) { 
        vct.add(""); 
        SynchronizedDemo synchronizedDemo = new SynchronizedDemo(); 
        new Thread(new Runnable() { 
            @Override 
            public void run() { 
                synchronizedDemo.remove(); 
            } 
        }, "線程1").start(); 
        new Thread(new Runnable() { 
            @Override 
            public void run() { 
                synchronizedDemo.remove(); 
            } 
        }, "線程2").start(); 
    } 
} 

根據(jù)Vector的源代碼可知：Vector的每個(gè)方法都使用了synchronized關(guān)鍵字修飾，因此鎖對(duì)象就是這個(gè)對(duì)象本身。在上面的代碼中我們嘗試獲取的也是vct對(duì)象的鎖，可以和vct對(duì)象的其它方法互斥，因此這樣做可以保證得到正確的結(jié)果。

如果Vector內(nèi)部使用的是其它鎖同步的，并封裝了鎖對(duì)象，那么我們無(wú)論如何都無(wú)法正確執(zhí)行這個(gè)“先判斷后修改”的操作。

假設(shè)被封裝的對(duì)象鎖為obj，get()和remove()方法對(duì)應(yīng)的鎖都是obj，而整個(gè)操作過(guò)程獲取的是vct的鎖，一個(gè)線程調(diào)用get()方法成功后就釋放了obj的鎖，這時(shí)這個(gè)線程只持有vct的鎖，而其它線程可以獲得obj的鎖并搶先一步刪除了第0個(gè)元素。

Java為開發(fā)者提供了很多強(qiáng)大的工具類，這些工具類里面有的是線程安全的，有的不是線程安全的。在這里我們列舉幾個(gè)面試?？嫉模?/p>

線程安全的類：Vector、Hashtable、StringBuffer

非線程安全的類：ArrayList、HashMap、StringBuilder

有人可能會(huì)反問(wèn)：為什么Java不把所有的類都設(shè)計(jì)成線程安全的呢?這樣對(duì)于我們開發(fā)者來(lái)說(shuō)豈不是更爽嗎?我們就不用考慮什么線程安全問(wèn)題了。

事情都是具有兩面性的，獲得線程安全但是性能會(huì)有所下降，畢竟鎖的開銷是擺在那里的。線程不安全但是性能會(huì)有所提升，具體場(chǎng)景還得看業(yè)務(wù)更偏向于哪一個(gè)。

一個(gè)問(wèn)題引發(fā)的思考：

public class SynchronizedDemo { 
 
    static int count; 
 
    public void incre() { 
        try { 
            //每個(gè)線程都睡一會(huì)，模仿業(yè)務(wù)代碼 
            Thread.sleep(100 ); 
        } catch (InterruptedException e) { 
            e.printStackTrace(); 
        } 
        count++; 
    } 
 
    public static void main(String[] args) { 
        SynchronizedDemo synchronizedDemo = new SynchronizedDemo(); 
 
        for (int i = 0; i < 1000; i++) { 
            new Thread(new Runnable() { 
                @Override 
                public void run() { 
                    synchronizedDemo.incre(); 
                } 
            }).start(); 
        } 
        try { 
            //讓主線程等待所有線程執(zhí)行完畢 
            Thread.sleep(2000L); 
        } catch (InterruptedException e) { 
            e.printStackTrace(); 
        } 
        System.out.println(count); 
    } 
} 

上面這段代碼輸出的結(jié)果是不確定的，結(jié)果是小于等于1000。

1000線程都去對(duì)count進(jìn)行++操作。

對(duì)象內(nèi)存布局

對(duì)象在內(nèi)存中的存儲(chǔ)可以分為 3 塊區(qū)域，分別是對(duì)象頭、實(shí)例數(shù)據(jù)和對(duì)齊填充。

其中，對(duì)象頭包括兩部分內(nèi)容，一部分是對(duì)象本身的運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)，像 GC 分代年齡、哈希碼、鎖狀態(tài)標(biāo)識(shí)等等，官方稱之為“Mark Word”，如果忽略壓縮指針的影響，這部分?jǐn)?shù)據(jù)在 32 位和 64 位的虛擬機(jī)中分別占 32 位和 64 位。

但是對(duì)象需要存儲(chǔ)的運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)很多，32 位或者 64 位都不一定能存的下，考慮到虛擬機(jī)的空間效率，這個(gè) Mark Word 被設(shè)計(jì)成一個(gè)非固定的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，它會(huì)根據(jù)對(duì)象的狀態(tài)復(fù)用自己的存儲(chǔ)空間，對(duì)象處于不同狀態(tài)的時(shí)候，對(duì)應(yīng)的 bit 表示的含義可能會(huì)不一樣，見下圖，以 32 位 Hot Spot 虛擬機(jī)為例：

從上圖中我們可以看出，如果對(duì)象處于未鎖定狀態(tài)(無(wú)鎖態(tài))，那么 Mark Word 的 25 位用于存儲(chǔ)對(duì)象的哈希碼，4 位用于存儲(chǔ)對(duì)象分代年齡，1 位固定為 0，兩位用于存儲(chǔ)鎖標(biāo)志位。

這個(gè)圖對(duì)于理解后面提到的輕量級(jí)鎖、偏向鎖是非常重要的，當(dāng)然我們現(xiàn)在可以先著重考慮對(duì)象處于重量級(jí)鎖狀態(tài)下的情況，也就是鎖標(biāo)志位為 10。同時(shí)我們看到，無(wú)鎖態(tài)和偏向鎖狀態(tài)下，2 位鎖標(biāo)志位都是“01”，留有 1 位表示是否可偏向，我們姑且叫它“偏向位”。

「注」：對(duì)象頭的另一部分則是類型指針，虛擬機(jī)可以通過(guò)這個(gè)指針來(lái)確認(rèn)該對(duì)象是哪個(gè)類的實(shí)例。但是我們要注意，并不是所有的虛擬機(jī)都必須以這種方式來(lái)確定對(duì)象的元數(shù)據(jù)信息。對(duì)象的訪問(wèn)定位一般有句柄和直接指針兩種，如果使用句柄的話，那么對(duì)象的元數(shù)據(jù)信息可以直接包含在句柄中(當(dāng)然也包括對(duì)象實(shí)例數(shù)據(jù)的地址信息)，也就沒(méi)必要將這些元數(shù)據(jù)和實(shí)例數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在一起了。至于實(shí)例數(shù)據(jù)和對(duì)齊填充，這里暫不做討論。

前面我們提到了，Java 中的每個(gè)對(duì)象都與一個(gè) monitor 相關(guān)聯(lián)，當(dāng)鎖標(biāo)志位為 10 時(shí)，除了 2bit 的標(biāo)志位，指向的就是 monitor 對(duì)象的地址(還是以 32 位虛擬機(jī)為例)。這里我們可以翻閱一下 OpenJDK 的源碼，如果我們需要下載openJDK的源碼：

找到。這里先看一下markOpp.hpp文件。該文件的相對(duì)路徑為：

openjdk\hotspot\src\share\vm\oops 

下圖是文件中的注釋部分：

我們可以看到，其中描述了 32 位和 64 位下 Mark World 的存儲(chǔ)狀態(tài)。也可以看到64位下，前25位是沒(méi)有使用的。

我們也可以看到 markOop.hpp 中定義的鎖狀態(tài)枚舉，對(duì)應(yīng)我們前面提到的無(wú)鎖、偏向鎖、輕量級(jí)鎖、重量級(jí)鎖(膨脹鎖)、GC 標(biāo)記等：

enum { locked_value             = 0,//00 輕量級(jí)鎖 
       unlocked_value           = 1,//01 無(wú)鎖 
       monitor_value            = 2,//10 重量級(jí)鎖 
       marked_value             = 3,//11 GC標(biāo)記 
       biased_lock_pattern      = 5 //101 偏向鎖，1位偏向標(biāo)記和2位狀態(tài)標(biāo)記(01) 
}; 

從注釋中，我們也可以看到對(duì)其的簡(jiǎn)要描述，后面會(huì)我們?cè)敿?xì)解釋：

這里我們的重心還是是重量級(jí)鎖，所以我們看看源碼中 monitor 對(duì)象是如何定義的，對(duì)應(yīng)的頭文件是 objectMonitor.hpp，文件路徑為：

openjdk\hotspot\src\share\vm\runtime 

我們來(lái)簡(jiǎn)單看一下這個(gè) objectMonitor.hpp 的定義：

// initialize the monitor, exception the semaphore, all other fields 
// are simple integers or pointers 
ObjectMonitor() { 
  _header       = NULL; 
  _count        = 0; 
  _waiters      = 0,//等待線程數(shù) 
  _recursions   = 0;//重入次數(shù) 
  _object       = NULL; 
  _owner        = NULL;//持有鎖的線程(邏輯上，實(shí)際上除了THREAD，還可能是Lock Record) 
  _WaitSet      = NULL;//線程wait之后會(huì)進(jìn)入該列表 
  _WaitSetLock  = 0 ; 
  _Responsible  = NULL ; 
  _succ         = NULL ; 
  _cxq          = NULL ;//等待獲取鎖的線程列表，和_EntryList配合使用 
  FreeNext      = NULL ; 
  _EntryList    = NULL ;//等待獲取鎖的線程列表，和_cxq配合使用 
  _SpinFreq     = 0 ; 
  _SpinClock    = 0 ; 
  OwnerIsThread = 0 ;//當(dāng)前持有者是否為THREAD類型，如果是輕量級(jí)鎖膨脹而來(lái)，還沒(méi)有enter的話， 
                     //_owner存儲(chǔ)的可能會(huì)是Lock Record 
  _previous_owner_tid = 0; 
} 

簡(jiǎn)單的說(shuō)，當(dāng)多個(gè)線程競(jìng)爭(zhēng)訪問(wèn)同一段同步代碼塊時(shí)，如果線程獲取到了 monitor，那么就會(huì)把 _owner 設(shè)置成當(dāng)前線程，如果是重入的話，_recursions 會(huì)加 1，如果獲取 monitor 失敗，則會(huì)進(jìn)入 _cxq隊(duì)列。

鎖被釋放時(shí)，_cxq中的線程會(huì)被移動(dòng)到 _EntryList中，并且喚醒_EntryList 隊(duì)首線程。當(dāng)然，選取喚醒線程有幾個(gè)不同的策略(Knob_QMode)，還是后面結(jié)合源碼解析。

「注」：_cxq和 _EntryList本質(zhì)上是ObjectWaiter 類型，它本質(zhì)上其實(shí)是一個(gè)雙向鏈表 (具有前后指針)，只是在使用的時(shí)候不一定要當(dāng)做雙向鏈表使用，比如 _cxq 是當(dāng)做單向鏈表使用的，_EntryList是當(dāng)做雙向鏈表使用的。

什么場(chǎng)景會(huì)導(dǎo)致線程的上下文切換?

導(dǎo)致線程上下文切換的有兩種類型：

自發(fā)性上下文切換是指線程由 Java 程序調(diào)用導(dǎo)致切出，在多線程編程中，執(zhí)行調(diào)用上圖中的方法或關(guān)鍵字，常常就會(huì)引發(fā)自發(fā)性上下文切換。

非自發(fā)性上下文切換指線程由于調(diào)度器的原因被迫切出。常見的有：線程被分配的時(shí)間片用完，虛擬機(jī)垃圾回收導(dǎo)致或者執(zhí)行優(yōu)先級(jí)的問(wèn)題導(dǎo)致。

waity /notify

注意兩個(gè)隊(duì)列：

等待隊(duì)列：notifyAll/notify喚醒的就是等待隊(duì)列中的線程;

同步線程：就是競(jìng)爭(zhēng)鎖的所有線程，等待隊(duì)列中的線程被喚醒后進(jìn)入同步隊(duì)列。

sleep與wait的區(qū)別

sleep

• 讓當(dāng)前線程休眠指定時(shí)間。
• 休眠時(shí)間的準(zhǔn)確性依賴于系統(tǒng)時(shí)鐘和CPU調(diào)度機(jī)制。
• 不釋放已獲取的鎖資源，如果sleep方法在同步上下文中調(diào)用，那么其他線程是無(wú)法進(jìn)入到當(dāng)前同步塊或者同步方法中的。
• 可通過(guò)調(diào)用interrupt()方法來(lái)喚醒休眠線程。
• sleep是Thread里的方法

wait

• 讓當(dāng)前線程進(jìn)入等待狀態(tài)，當(dāng)別的其他線程調(diào)用notify()或者notifyAll()方法時(shí)，當(dāng)前線程進(jìn)入就緒狀態(tài)
• wait方法必須在同步上下文中調(diào)用，例如：同步方法塊或者同步方法中，這也就意味著如果你想要調(diào)用wait方法，前提是必須獲取對(duì)象上的鎖資源
• 當(dāng)wait方法調(diào)用時(shí)，當(dāng)前線程將會(huì)釋放已獲取的對(duì)象鎖資源，并進(jìn)入等待隊(duì)列，其他線程就可以嘗試獲取對(duì)象上的鎖資源。
• wait是Object中的方法

樂(lè)觀鎖、悲觀鎖、可重入鎖.....

作為一個(gè)Java開發(fā)多年的人來(lái)說(shuō)，肯定多多少少熟悉一些鎖，或者聽過(guò)一些鎖。今天就來(lái)做一個(gè)鎖相關(guān)總結(jié)。

悲觀鎖和樂(lè)觀鎖

悲觀鎖

顧名思義，他就是很悲觀，把事情都想的最壞，是指該鎖只能被一個(gè)線程鎖持有，如果A線程獲取到鎖了，這時(shí)候線程B想獲取鎖只能排隊(duì)等待線程A釋放。

在數(shù)據(jù)庫(kù)中這樣操作：

select user_name，user_pwd from t_user for update; 

樂(lè)觀鎖

顧名思義，樂(lè)觀，人樂(lè)觀就是什么是都想得開，船到橋頭自然直。樂(lè)觀鎖就是我都覺(jué)得他們都沒(méi)有拿到鎖，只有我拿到鎖了，最后再去問(wèn)問(wèn)這個(gè)鎖真的是我獲取的嗎?是就把事情給干了。

典型的代表：CAS=Compare and Swap 先比較哈，資源是不是我之前看到的那個(gè)，是那我就把他換成我的。不是就算了。

在Java中java.util.concurrent.atomic包下面的原子變量就是使用了樂(lè)觀鎖的一種實(shí)現(xiàn)方式CAS實(shí)現(xiàn)。

通常都是 使用version、時(shí)間戳等來(lái)比較是否已被其他線程修改過(guò)。

使用悲觀鎖還是使用樂(lè)觀鎖?

在樂(lè)觀鎖與悲觀鎖的選擇上面，主要看下兩者的區(qū)別以及適用場(chǎng)景就可以了。

「響應(yīng)效率」

如果需要非常高的響應(yīng)速度，建議采用樂(lè)觀鎖方案，成功就執(zhí)行，不成功就失敗，不需要等待其他并發(fā)去釋放鎖。樂(lè)觀鎖并未真正加鎖，效率高。一旦鎖的粒度掌握不好，更新失敗的概率就會(huì)比較高，容易發(fā)生業(yè)務(wù)失敗。

「沖突頻率」

如果沖突頻率非常高，建議采用悲觀鎖，保證成功率。沖突頻率大，選擇樂(lè)觀鎖會(huì)需要多次重試才能成功，代價(jià)比較大。「重試代價(jià)」

如果重試代價(jià)大，建議采用悲觀鎖。悲觀鎖依賴數(shù)據(jù)庫(kù)鎖，效率低。更新失敗的概率比較低。

樂(lè)觀鎖如果有人在你之前更新了，你的更新應(yīng)當(dāng)是被拒絕的，可以讓用戶從新操作。悲觀鎖則會(huì)等待前一個(gè)更新完成。這也是區(qū)別。

公平鎖和非公平鎖

公平鎖

顧名思義，是公平的，先來(lái)先得，F(xiàn)IFO;必須遵守排隊(duì)規(guī)則。不能僭越。多個(gè)線程按照申請(qǐng)鎖的順序去獲得鎖，線程會(huì)直接進(jìn)入隊(duì)列去排隊(duì)，永遠(yuǎn)都是隊(duì)列的第一位才能得到鎖。

在ReentrantLock中默認(rèn)使用的非公平鎖，但是可以在構(gòu)建ReentrantLock實(shí)例時(shí)候指定為公平鎖。

ReentrantLock fairSyncLock = new ReentrantLock(true); 

假設(shè)線程 A 已經(jīng)持有了鎖，這時(shí)候線程 B 請(qǐng)求該鎖將會(huì)被掛起，當(dāng)線程 A 釋放鎖后，假如當(dāng)前有線程 C 也需要獲取該鎖，那么在公平鎖模式下，獲取鎖和釋放鎖的步驟為：

1. 線程A獲取鎖--->線程A釋放鎖
2. 線程B獲取鎖--->線程B釋放鎖;
3. 線程C獲取鎖--->線程釋放鎖;

「優(yōu)點(diǎn)」

所有的線程都能得到資源，不會(huì)餓死在隊(duì)列中。

「缺點(diǎn)」

吞吐量會(huì)下降很多，隊(duì)列里面除了第一個(gè)線程，其他的線程都會(huì)阻塞，CPU喚醒阻塞線程的開銷會(huì)很大。

非公平鎖

顧名思義，老子才不管你們誰(shuí)先排隊(duì)的，也就是平時(shí)大家在生活中很討厭的。生活中排隊(duì)的很多，上車排隊(duì)、坐電梯排隊(duì)、超市結(jié)賬付款排隊(duì)等等。但是不是每個(gè)人都會(huì)遵守規(guī)則站著排隊(duì)，這就對(duì)站著排隊(duì)的人來(lái)說(shuō)就不公平了。等搶不到后再去乖乖排隊(duì)。

多個(gè)線程去獲取鎖的時(shí)候，會(huì)直接去嘗試獲取，獲取不到，再去進(jìn)入等待隊(duì)列，如果能獲取到，就直接獲取到鎖。

上面說(shuō)過(guò)在ReentrantLock中默認(rèn)使用的非公平鎖，兩種方式：

ReentrantLock fairSyncLock = new ReentrantLock(false); 

或者：

ReentrantLock fairSyncLock = new ReentrantLock(); 

都可以實(shí)現(xiàn)非公平鎖。

「優(yōu)點(diǎn)」

可以減少CPU喚醒線程的開銷，整體的吞吐效率會(huì)高點(diǎn)，CPU也不必取喚醒所有線程，會(huì)減少喚起線程的數(shù)量。

「缺點(diǎn)」

大家可能也發(fā)現(xiàn)了，這樣可能導(dǎo)致隊(duì)列中間的線程一直獲取不到鎖或者長(zhǎng)時(shí)間獲取不到鎖，導(dǎo)致餓死。

獨(dú)享鎖和共享鎖

獨(dú)享鎖

獨(dú)享鎖也叫排他鎖/互斥鎖，是指該鎖一次只能被一個(gè)線程鎖持有。如果線程T對(duì)數(shù)據(jù)A加上排他鎖后，則其他線程不能再對(duì)A加任何類型的鎖。獲得排他鎖的線程既能讀數(shù)據(jù)又能修改數(shù)據(jù)。JDK中的synchronized和JUC中Lock的實(shí)現(xiàn)類就是互斥鎖。

共享鎖

共享鎖是指該鎖可被多個(gè)線程所持有。如果線程T對(duì)數(shù)據(jù)A加上共享鎖后，則其他線程只能對(duì)A再加共享鎖，不能加排他鎖。獲得共享鎖的線程只能讀數(shù)據(jù)，不能修改數(shù)據(jù)。

對(duì)于ReentrantLock而言，其是獨(dú)享鎖。但是對(duì)于Lock的另一個(gè)實(shí)現(xiàn)類ReadWriteLock，其讀鎖是共享鎖，其寫鎖是獨(dú)享鎖。

1. 讀鎖的共享鎖可保證并發(fā)讀是非常高效的，讀寫，寫讀 ，寫寫的過(guò)程是互斥的。
2. 獨(dú)享鎖與共享鎖也是通過(guò)AQS來(lái)實(shí)現(xiàn)的，通過(guò)實(shí)現(xiàn)不同的方法，來(lái)實(shí)現(xiàn)獨(dú)享或者共享。

可重入鎖

若當(dāng)前線程執(zhí)行中已經(jīng)獲取了鎖，如果再次獲取該鎖時(shí)，就會(huì)獲取不到被阻塞。

public class RentrantLockDemo { 
    public synchronized void test(){ 
        System.out.println("test"); 
    } 
 
    public synchronized void test1(){ 
        System.out.println("test1"); 
        test(); 
    } 
 
    public static void main(String[] args) { 
        RentrantLockDemo rentrantLockDemo = new RentrantLockDemo(); 
        //線程1 
        new Thread(() -> rentrantLockDemo.test1()).start(); 
    } 
} 

當(dāng)一個(gè)線程執(zhí)行test1()方法的時(shí)候，需要獲取rentrantLockDemo的對(duì)象鎖，在test1方法匯總又會(huì)調(diào)用test方法，但是test()的調(diào)用是需要獲取對(duì)象鎖的。

可重入鎖也叫「遞歸鎖」，指的是同一線程外層函數(shù)獲得鎖之后，內(nèi)層遞歸函數(shù)仍然有獲取該鎖的代碼，但不受影響。

ThreadLocal設(shè)計(jì)原理

ThreadLocal名字中有個(gè)Thread表示線程，Local表示本地，我們就理解為線程本地變量了。

先看看ThreadLocal的整體：

最關(guān)心的三個(gè)公有方法：set、get、remove。

構(gòu)造方法

public ThreadLocal() { 
} 

構(gòu)造方法里沒(méi)有任何邏輯處理，就是簡(jiǎn)單的創(chuàng)建一個(gè)實(shí)例。

set方法

源碼為：

public void set(T value) { 
    //獲取當(dāng)前線程     
    Thread t = Thread.currentThread(); 
    //這是什么鬼？     
    ThreadLocalMap map = getMap(t);         
    if (map != null)             
        map.set(this, value);        
    else 
        createMap(t, value); 
} 

先看看ThreadLocalMap是個(gè)什么東東：

ThreadLocalMap是ThreadLocal的靜態(tài)內(nèi)部類。

set方法整體為：

ThreadLocalMap構(gòu)造方法：

//這個(gè)屬性是ThreadLocal的，就是獲取hashcode(這列很有學(xué)問(wèn)，但是我們的目的不是他) 
private final int threadLocalHashCode = nextHashCode(); 
private Entry[] table; 
private static final int INITIAL_CAPACITY = 16; 
//Entry是一個(gè)弱引用         
static class Entry extends WeakReference<ThreadLocal<?>> { 
    Object value; 
    Entry(ThreadLocal<?> k, Object v) { 
        super(k); 
        value = v;    
    }  
} 
 
ThreadLocalMap(ThreadLocal<?> firstKey, Object firstValue) { 
    //數(shù)組默認(rèn)大小為16 
    table = new Entry[INITIAL_CAPACITY]; 
    //len 為2的n次方，以ThreadLocal的計(jì)算的哈希值按照Entry[]取模（為了更好的散列） 
    int i = firstKey.threadLocalHashCode & (INITIAL_CAPACITY - 1); 
    table[i] = new Entry(firstKey, firstValue); 
    size = 1; 
    //設(shè)置閾值（擴(kuò)容閾值） 
    setThreshold(INITIAL_CAPACITY);   
} 

然后我們看看map.set()方法中是如何處理的：

private void set(ThreadLocal<?> key, Object value) { 
Entry[] tab = table; 
         int len = tab.length; 
         //len 為2的n次方，以ThreadLocal的計(jì)算的哈希值按照Entry[]取模 
         int i = key.threadLocalHashCode & (len-1); 
         //找到ThreadLocal對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)的下標(biāo)，如果當(dāng)前槽內(nèi)Entry不為空， 
         //即當(dāng)前線程已經(jīng)有ThreadLocal已經(jīng)使用過(guò)Entry[i] 
         for (Entry e = tab[i]; 
              e != null; 
              e = tab[i = nextIndex(i, len)]) { 
             ThreadLocal<?> k = e.get(); 
              // 當(dāng)前占據(jù)該槽的就是當(dāng)前的ThreadLocal ,更新value結(jié)束 
             if (k == key) { 
                 e.value = value; 
                 return; 
             } 
             //當(dāng)前卡槽的弱引用可能會(huì)回收了，key:null value:xxxObject ， 
             //需清理Entry原來(lái)的value ，便于垃圾回收value，且將新的value 放在該槽里，結(jié)束 
             if (k == null) { 
                 replaceStaleEntry(key, value, i); 
                 return; 
             } 
         } 
        //在這之前沒(méi)有ThreadLocal使用Entry[i]，并進(jìn)行值存儲(chǔ) 
         tab[i] = new Entry(key, value); 
         //累計(jì)Entry所占的個(gè)數(shù) 
         int sz = ++size; 
         // 清理key 為null 的Entry ，可能需要擴(kuò)容，擴(kuò)容長(zhǎng)度為原來(lái)的2倍，并需要進(jìn)行重新hash 
         if (!cleanSomeSlots(i, sz) && sz >= threshold){ 
             rehash(); 
         } 

從上面這個(gè)set方法，我們就大致可以把這三個(gè)進(jìn)行一個(gè)關(guān)聯(lián)了:

Thread、ThreadLocal、ThreadLocalMap。

get方法

remove方法

expungeStaleEntry方法代碼里有點(diǎn)大，所以這里就貼了出來(lái)。

//刪除陳舊entry的核心方法 
private int expungeStaleEntry(int staleSlot) { 
    Entry[] tab = table; 
    int len = tab.length;             
    tab[staleSlot].value = null;//刪除value 
    tab[staleSlot] = null;//刪除entry 
    size--;//map的size自減 
    // 遍歷指定刪除節(jié)點(diǎn)，所有后續(xù)節(jié)點(diǎn) 
    Entry e; 
    int i; 
    for (i = nextIndex(staleSlot, len); 
         (e = tab[i]) != null; 
         i = nextIndex(i, len)) { 
        ThreadLocal<?> k = e.get(); 
        if (k == null) {//key為null,執(zhí)行刪除操作 
            e.value = null; 
            tab[i] = null; 
            size--; 
        } else {//key不為null,重新計(jì)算下標(biāo) 
            int h = k.threadLocalHashCode & (len - 1); 
            if (h != i) {//如果不在同一個(gè)位置 
                tab[i] = null;//把老位置的entry置null(刪除) 
                // 從h開始往后遍歷，一直到找到空為止，插入                          
                while (tab[h] != null){ 
                    h = nextIndex(h, len); 
                } 
                tab[h] = e;    
            } 
        } 
    } 
    return i; 
} 

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