ReentrantLock（可重入锁）

• ReentrantLock与sync的区别

  • ReentrantLock的底层是CAS，sync是锁升级的
  • trylock
  • lockInterruptibly
  • 公平和非公平

• ReentrantLock与sync的相同点

  • 均是可重入的
  • ReentrantLock可以替代sync完成相同的功能

需要注意的是，必须要必须要必须要手动释放锁,使用syn锁定的话如果遇到异常，jvm会自动释放锁，但是lock必须手动释放锁，因此经常在finally中进行锁的释放

    Lock lock = new ReentrantLock();

    void m1() {
        try {
            lock.lock(); //synchronized(this)
            for (int i = 0; i < 10; i++) {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(1);

                System.out.println(i);
            }
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }

使用tryLock进行尝试锁定，不管锁定与否，方法都将继续执行
可以根据tryLock的返回值来判定是否锁定
也可以指定tryLock的时间，由于tryLock(time)抛出异常，所以要注意unclock的处理，必须放到finally中

    void m2() {
        boolean locked = false;

        try {
            locked = lock.tryLock(5, TimeUnit.SECONDS);
            System.out.println("m2 ..." + locked);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            if (locked) lock.unlock();
        }
    }

使用ReentrantLock还可以调用lockInterruptibly方法，可以对线程interrupt方法做出响应， 在一个线程等待锁的过程中，可以被打断

lock.lockInterruptibly();

t2.interrupt(); //打断线程2的等待

ReentrantLock还可以指定为公平锁

private static ReentrantLock lock = new ReentrantLock(true);

• 公平锁与非公平锁

1、若在释放锁的时候总是没有新的兔子来打扰，则非公平锁等于公平锁；
2、若释放锁的时候，正好一个兔子来喝水，而此时位于队列头的兔子还没有被唤醒（因为线程上下文切换是需要不少开销的），此时后来的兔子则优先获得锁，成功打破公平，成为非公平锁；

其实对于非公平锁，只要线程进入了等待队列，队列里面依然是FIFO的原则，跟公平锁的顺序是一样的。因为公平锁与非公平锁的release()部分代码是共用AQS的代码。

参见https://www.jianshu.com/p/f584799f1c77

CountDownLatch（闭锁）

下面是一个测试将100个线程全部运行完的小程序，分别用CountDownLatch和join实现

public class T06_TestCountDownLatch {
    public static void main(String[] args) {
        usingJoin();
        usingCountDownLatch();
    }

    private static void usingCountDownLatch() {
        Thread[] threads = new Thread[100];
        CountDownLatch latch = new CountDownLatch(threads.length);

        for (int i = 0; i < threads.length; i++) {
            threads[i] = new Thread(() -> {
                int result = 0;
                for (int j = 0; j < 10000; j++) result += j;
                latch.countDown();
            });
        }

        for (int i = 0; i < threads.length; i++) {
            threads[i].start();
        }

        try {
            latch.await();
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        System.out.println("end latch");
    }

    private static void usingJoin() {
        Thread[] threads = new Thread[100];

        for (int i = 0; i < threads.length; i++) {
            threads[i] = new Thread(() -> {
                int result = 0;
                for (int j = 0; j < 10000; j++) result += j;
            });
        }

        for (int i = 0; i < threads.length; i++) {
            threads[i].start();
        }

        for (int i = 0; i < threads.length; i++) {
            try {
                threads[i].join();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }

        System.out.println("end join");
    }
}

CyclicBarrier（）

public static void main(String[] args) {
    //CyclicBarrier barrier = new CyclicBarrier(20);

    //构造方法，下例中满20人即可执行第二个参数指定的动作
    CyclicBarrier barrier = new CyclicBarrier(20, () -> System.out.println("满人"));

    /*CyclicBarrier barrier = new CyclicBarrier(20, new Runnable() {
        @Override
        public void run() {
            System.out.println("满人，发车");
        }
    });*/

    for (int i = 0; i < 100; i++) {
        new Thread(() -> {
            try {
                barrier.await();//上车,满人之后才可以进行下面的程序
                System.out.println(1);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            } catch (BrokenBarrierException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }).start();
    }
}

Phaser

它与CountDownLatch非常相似，允许我们协调线程的执行。与CountDownLatch相比，它具有一些额外的功能。
Phaser是在线程动态数需要继续执行之前等待的屏障。在CountDownLatch中，该数字无法动态配置，需要在创建实例时提供。

public class T08_TestPhaser {
    static Random r = new Random();
    static MarriagePhaser phaser = new MarriagePhaser();

    static void milliSleep(int milli) {
        try {
            TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(milli);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        phaser.bulkRegister(5);

        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            final int nameIndex = i;
            new Thread(() -> {
                Person p = new Person("person " + nameIndex);
                p.arrive();
                phaser.arriveAndAwaitAdvance();

                p.eat();
                phaser.arriveAndAwaitAdvance();

                p.leave();
                phaser.arriveAndAwaitAdvance();
            }).start();
        }

    }


    static class MarriagePhaser extends Phaser {
        @Override
        protected boolean onAdvance(int phase, int registeredParties) {

            switch (phase) {
                case 0:
                    System.out.println("所有人到齐了！");
                    return false;
                case 1:
                    System.out.println("所有人吃完了！");
                    return false;
                case 2:
                    System.out.println("所有人离开了！");
                    System.out.println("婚礼结束！");
                    return true;
                default:
                    return true;
            }
        }
    }

    static class Person {
        String name;

        public Person(String name) {
            this.name = name;
        }

        public void arrive() {
            milliSleep(r.nextInt(1000));
            System.out.printf("%s 到达现场！\n", name);
        }

        public void eat() {
            milliSleep(r.nextInt(1000));
            System.out.printf("%s 吃完!\n", name);
        }

        public void leave() {
            milliSleep(r.nextInt(1000));
            System.out.printf("%s 离开！\n", name);
        }

    }
}

ReadWriteLock

readLock之间不影响，writeLock须等待readLock，readLock也须等待writeLock

• 只允许一个线程写入（其他线程既不能写入也不能读取）；
• 没有写入时，多个线程允许同时读（提高性能）。

	读	写
读	允许	不允许
写	不允许	不允许

public class T10_TestReadWriteLock {
    static Lock lock = new ReentrantLock();
    private static int value;

    static ReadWriteLock readWriteLock = new ReentrantReadWriteLock();
    static Lock readLock = readWriteLock.readLock();
    static Lock writeLock = readWriteLock.writeLock();

    public static void read(Lock lock) {
        try {
            lock.lock();
            Thread.sleep(1000);
            System.out.println("read over!");
            //模拟读取操作
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }

    public static void write(Lock lock, int v) {
        try {
            lock.lock();
            Thread.sleep(1000);
            value = v;
            System.out.println("write over!");
            //模拟写操作
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }


    public static void main(String[] args) {
//        Runnable readR = ()-> read(lock);
//        Runnable writeR = ()->write(lock, new Random().nextInt());

        Runnable readR = () -> read(readLock);
        Runnable writeR = () -> write(writeLock, new Random().nextInt());

        for (int i = 0; i < 18; i++) new Thread(readR).start();
        for (int i = 0; i < 2; i++) new Thread(writeR).start();


    }
}

StampedLock

前面介绍的ReadWriteLock可以解决多线程同时读，但只有一个线程能写的问题。

如果我们深入分析ReadWriteLock，会发现它有个潜在的问题：如果有线程正在读，写线程需要等待读线程释放锁后才能获取写锁，即读的过程中不允许写，这是一种悲观的读锁。

要进一步提升并发执行效率，Java 8引入了新的读写锁：StampedLock。

StampedLock和ReadWriteLock相比，改进之处在于：读的过程中也允许获取写锁后写入！这样一来，我们读的数据就可能不一致，所以，需要一点额外的代码来判断读的过程中是否有写入，这种读锁是一种乐观锁。

乐观锁的意思就是乐观地估计读的过程中大概率不会有写入，因此被称为乐观锁。反过来，悲观锁则是读的过程中拒绝有写入，也就是写入必须等待。显然乐观锁的并发效率更高，但一旦有小概率的写入导致读取的数据不一致，需要能检测出来，再读一遍就行。

public class Point {
    private final StampedLock stampedLock = new StampedLock();

    private double x;
    private double y;

    public void move(double deltaX, double deltaY) {
        long stamp = stampedLock.writeLock(); // 获取写锁
        try {
            x += deltaX;
            y += deltaY;
        } finally {
            stampedLock.unlockWrite(stamp); // 释放写锁
        }
    }

    public double distanceFromOrigin() {
        long stamp = stampedLock.tryOptimisticRead(); // 获得一个乐观读锁
        // 注意下面两行代码不是原子操作
        // 假设x,y = (100,200)
        double currentX = x;
        // 此处已读取到x=100，但x,y可能被写线程修改为(300,400)
        double currentY = y;
        // 此处已读取到y，如果没有写入，读取是正确的(100,200)
        // 如果有写入，读取是错误的(100,400)
        if (!stampedLock.validate(stamp)) { // 检查乐观读锁后是否有其他写锁发生
            stamp = stampedLock.readLock(); // 获取一个悲观读锁
            try {
                currentX = x;
                currentY = y;
            } finally {
                stampedLock.unlockRead(stamp); // 释放悲观读锁
            }
        }
        return Math.sqrt(currentX * currentX + currentY * currentY);
    }
}

和ReadWriteLock相比，写入的加锁是完全一样的，不同的是读取。注意到首先我们通过tryOptimisticRead()获取一个乐观读锁，并返回版本号。接着进行读取，读取完成后，我们通过validate()去验证版本号，如果在读取过程中没有写入，版本号不变，验证成功，我们就可以放心地继续后续操作。如果在读取过程中有写入，版本号会发生变化，验证将失败。在失败的时候，我们再通过获取悲观读锁再次读取。由于写入的概率不高，程序在绝大部分情况下可以通过乐观读锁获取数据，极少数情况下使用悲观读锁获取数据。

可见，StampedLock把读锁细分为乐观读和悲观读，能进一步提升并发效率。但这也是有代价的：一是代码更加复杂，二是StampedLock是不可重入锁，不能在一个线程中反复获取同一个锁。

StampedLock还提供了更复杂的将悲观读锁升级为写锁的功能，它主要使用在if-then-update的场景：即先读，如果读的数据满足条件，就返回，如果读的数据不满足条件，再尝试写。

Semaphore

Semaphore(信号灯）用于限制可以访问某些资源的线程数目,acquire()用于请求执行的灯，若没有信号灯则不能执行；release()用来释放信号灯。

public class T11_TestSemaphore {
    public static void main(String[] args) {
        //Semaphore s = new Semaphore(2);
        Semaphore s = new Semaphore(2, true);
        //允许一个线程同时执行
        //Semaphore s = new Semaphore(1);

        new Thread(() -> {
            try {
                s.acquire();

                System.out.println("T1 running...");
                Thread.sleep(200);
                System.out.println("T1 running...");
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            } finally {
                s.release();
            }
        }).start();

        new Thread(() -> {
            try {
                s.acquire();

                System.out.println("T2 running...");
                Thread.sleep(200);
                System.out.println("T2 running...");
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }finally {
                s.release();
            }
        }).start();
    }
}

Exchanger

Exchanger类可用于两个线程之间交换信息。可简单地将Exchanger对象理解为一个包含两个格子的容器，通过exchanger方法可以向两个格子中填充信息。当两个格子中的均被填充时，该对象会自动将两个格子的信息交换，然后返回给线程，从而实现两个线程的信息交换。

public class T12_TestExchanger {
    static Exchanger<String> exchanger = new Exchanger<>();

    public static void main(String[] args) {
        new Thread(() -> {
            String s = "T1";
            try {
                s = exchanger.exchange(s);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " " + s);
        }, "t1").start();

        new Thread(() -> {
            String s = "T2";
            try {
                s = exchanger.exchange(s);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " " + s);

        }, "t2").start();
    }
}

LockSupport

LockSupport定义了一组以park开头的方法来阻塞当前线程，unpark来唤醒被阻塞的线程。

public class T13_TestLockSupport {
    public static void main(String[] args) {
        Thread t = new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < 10; i++) {
                System.out.println(i);
                if (i == 5) {
                    LockSupport.park();//阻塞
                }
                try {
                    TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        });

        t.start();

        try {
            TimeUnit.SECONDS.sleep(8);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println("after 8 senconds!");

        LockSupport.unpark(t);//解除阻塞
    }
}