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Java编程的逻辑

Java并发编程的艺术

极客时间：Java并发编程实战

并发工具1：同步协作工具

• 读写锁ReentrantReadWriteLock
• 信 量Semaphore
• 倒计时门栓CountDownLatch
• 循环栅栏CyclicBarrier
• 交换者Exchanger

基于AQS实现

在一些特定的同步协作场景中，相比使用最基本的wait/notify、显示锁/条件，它们更为方便，效率更高

1 读写锁ReentrantReadWriteLock

1.1 场景

synchronized和ReentrantLock对于同一受保护对象的访问，无论是读还是写，它们都要求获得相同的锁

在一些场景中，这是没有必要的，多个线程的读操作完全可以并行；
在读多写少的场景中，让读操作并行可以明显提高性能

使用读写锁可以让读操作能够并行，又不影响一致性

使用读写锁+hashmap，可实现线程安全的缓存

1.2 概念

接口ReadWriteLock表示读写锁，主要实现类是可重入读写锁ReentrantReadWriteLock

ReadWriteLock接口如下：

ReentrantReadWriteLock是可重入的读写锁，它有两个构造方法：

1.3 实现原理

• 读写锁的实现与协调

维护了一对锁：一个读锁和一个写锁

内部，它们使用同一个整数变量表示锁的状态，16位给读锁用（高16位），16位给写锁用（低16位），使用一个变量便于进行CAS操作，锁的等待队列其实也只有一个。

写锁的获取，就是确保当前没有其他线程持有任何锁，否则就等待。
写锁的释放，也就是将等待队列中的第一个线程唤醒，唤醒的可能是等待读锁的，也可能是等待写锁的。

读锁的获取则不太一样：
首先，只要写锁没有被持有，就可以获取到读锁，此外，在获取到读锁后，它会检查等待队列，逐个唤醒最前面的等待读锁的线程，直到第一个等待写锁的线程。
如果有其他线程持有写锁，获取读锁会等待。
读锁释放后，检查读锁和写锁数是否都变为了0，如果是，唤醒等待队列中的下一个线程

• 读写锁确定读和写各自的状态的方法

通过位运算
假设当前同步状态值为S，写状态等于S&0x0000FFFF（将高16位全部抹去），读状态等于S>>>16（无符 补0右移16位）。当写状态增加1时，等于S+1，当读状态增加1时，等于S+(1<<16)，也就是
S+0x00010000

• 锁降级

锁降级指的是写锁降级成为读锁。
如果当前线程拥有写锁，然后将其释放，最后再获取读锁，这种分段完成的过程不能称之为锁降级。
锁降级是指把持住（当前拥有的）写锁，再获取到读锁，随后释放（先前拥有的）写锁的过程。

案例代码：

若当前线程不获取读锁而是直接释放写锁：
假设此刻另一个线程（记作线程T）获取了写锁并修改了数据，那么当前线程无法感知线程T的数据更新，会使用先前写锁准备的数据，而不是T修改后的数据；
若当前线程获取读锁，即遵循锁降级的步骤：
线程T将会被阻塞，直到当前线程使用数据并释放读锁之后，线程T才能获取写锁进行数据更新，当前线程可以感知线程T的数据更新。

不支持锁升级（把持读锁、获取写锁，最后释放读锁的过程），也是为了保证数据可见性：
如果读锁已被多个线程获取，其中任意线程成功获取了写锁并更新了数据，则其更新对其他获取到读锁的线程是不可见的。

2 信 量Semaphore

2.1 场景

Semaphore用来限制对资源的并发访问数

1.有的单个资源即使可以被并发访问，但并发访问数多了可能影响性能，所以希望限制并发访问的线程数。

2.与软件的授权和计费有关，对不同等级的账户，限制不同的最大并发访问数；
如限制并发访问的用户数不超过100：

3.资源往往有多个，但每个同时只能被一个线程访问，比如，饭店的饭桌、火车上的卫生间、食堂排队打饭(https://www.cnblogs.com/pony1223/p/9479299.html)

2.2 概念

每一次的acquire调用都会消耗一个许可

一般锁只能由持有锁的线程释放，而Semaphore表示的只是一个许可数，任意线程都可以调用其release方法

方法：

2.3 实现原理

构造方法的参数permits表示共享的锁个数；
acquire方法：检查锁个数是否大于0，大于则减一，获取成功，否则就等待；（即down()）
release方法：将锁个数加一，唤醒第一个等待的线程（即up()）

模型：