java 锁

1.独占锁，共享锁，

2.可重入锁，

3.公平锁，非公平锁，

4.乐观锁，悲观锁

5.互斥锁/读写锁，

6.分段锁

7.偏向锁/轻量级锁/重量级锁，

8.自旋锁

锁升级，锁降级

synchronized  中有偏向锁，轻量级锁，重量级锁，独占锁，可重入锁，乐观锁，悲观锁，互斥锁，自旋锁

synchronized的偏向锁、轻量级锁以及重量级锁是通过Java对象头实现的。

独占锁，可重入锁，乐观锁，悲观锁，互斥锁，自旋锁 解释

可重入就是说某个线程已经获得某个锁，可以再次获取锁而不会出现死锁

乐观锁在Java中的使用，是无锁编程，常常采用的是CAS算法，典型的例子就是原子类，通过CAS自旋实现原子操作的更新。

public class SynchronizedTest {
    private static Object lock = new Object();
    public static void main(String[] args) {
        method1();
        method2();
    }
    synchronized static void method1() {}
    synchronized static void method2() {}
}

当线程访问同步方法method1时，会在对象头（SynchronizedTest.class对象的对象头）和栈帧的锁记录中存储锁偏向的线程ID，下次该线程在进入method2，只需要判断对象头存储的线程ID是否为当前线程，而不需要进行CAS操作进行加锁和解锁（

偏向锁升级轻量级锁

当线程1访问代码块并获取锁对象时，会在java对象头和栈帧中记录偏向的锁的threadID，因为偏向锁不会主动释放锁，因此以后线程1再次获取锁的时候，需要比较当前线程的threadID和Java对象头中的threadID是否一致，如果一致（还是线程1获取锁对象），则无需使用CAS来加锁、解锁；如果不一致（其他线程，如线程2要竞争锁对象，而偏向锁不会主动释放因此还是存储的线程1的threadID），那么需要查看Java对象头中记录的线程1是否存活，如果没有存活，那么锁对象被重置为无锁状态，其它线程（线程2）可以竞争将其设置为偏向锁；如果存活，那么立刻查找该线程（线程1）的栈帧信息，如果还是需要继续持有这个锁对象，那么暂停当前线程1，撤销偏向锁，升级为轻量级锁，如果线程1 不再使用该锁对象，那么将锁对象状态设为无锁状态，重新偏向新的线程。

轻量级锁升级为重量级锁

线程1获取轻量级锁时会先把锁对象的对象头MarkWord复制一份到线程1的栈帧中创建的用于存储锁记录的空间（称为DisplacedMarkWord），然后使用CAS把对象头中的内容替换为线程1存储的锁记录（DisplacedMarkWord）的地址；

如果在线程1复制对象头的同时（在线程1CAS之前），线程2也准备获取锁，复制了对象头到线程2的锁记录空间中，但是在线程2CAS的时候，发现线程1已经把对象头换了，线程2的CAS失败，那么线程2就尝试使用自旋锁来等待线程1释放锁。

但是如果自旋的时间太长也不行，因为自旋是要消耗CPU的，因此自旋的次数是有限制的，比如10次或者100次，如果自旋次数到了线程1还没有释放锁，或者线程1还在执行，线程2还在自旋等待，这时又有一个线程3过来竞争这个锁对象，那么这个时候轻量级锁就会膨胀为重量级锁。重量级锁把除了拥有锁的线程都阻塞，防止CPU空转。

锁粗化

public void lockCoarseningMethod() {
    synchronized (Test.class) {
        sb.append("1");
    }

    synchronized (Test.class) {
        sb.append("2");
    }
    synchronized (Test.class) {
        sb.append("3");
    }
    synchronized (Test.class) {
        sb.append("4");
    }
}
public void lockCoarseningMethod(){
	synchronized (Test.class){
		sb.append("1");
		sb.append("2");
		sb.append("3");
		sb.append("4");
}

锁消除

    public String cancatString(String s1, String s2, String s3){
        StringBuffer sb = new StringBuffer();
        sb.append(s1);
        sb.append(s2);
        sb.append(s3);
        return sb.toString();
    }
源码：
	public synchronized StringBuffer append(String str) {
    	toStringCache = null;
    	super.append(str);
    	return this;
	}

reentrantlock  源码分析

AQS中同步等待队列的实现是一个带头尾指针(这里用指针表示引用是为了后面讲解源码时可以更直观形象,况且引用本身是一种受限的指针)且不带哨兵结点(后文中的头结点表示队列首元素结点,不是指哨兵结点)的双向链表。

/**
 * Head of the wait queue, lazily initialized.  Except for
 * initialization, it is modified only via method setHead.  Note:
 * If head exists, its waitStatus is guaranteed not to be
 * CANCELLED.
 */
private transient volatile Node head;//指向队列首元素的头指针

/**
 * Tail of the wait queue, lazily initialized.  Modified only via
 * method enq to add new wait node.
 */
private transient volatile Node tail;//指向队列尾元素的尾指针




head是头指针,指向队列的首元素;tail是尾指针,指向队列的尾元素。而队列的元素结点Node定义在AQS内部,主要有如下几个成员变量

volatile Node prev; //指向前一个结点的指针

volatile Node next; //指向后一个结点的指针
volatile Thread thread; //当前结点代表的线程
volatile int waitStatus; //等待状态




prev:指向前一个结点的指针

next:指向后一个结点的指针

thread:当前结点表示的线程,因为同步队列中的结点内部封装了之前竞争锁失败的线程,故而结点内部必然有一个对应线程实例的引用

waitStatus:对于重入锁而言,主要有3个值。0:初始化状态；-1(SIGNAL):当前结点表示的线程在释放锁后需要唤醒后续节点的线程;1(CANCELLED):在同步队列中等待的线程等待超时或者被中断,取消继续等待。

public ReentrantLock() {
    sync = new NonfairSync();
}

/**
 * Creates an instance of {@code ReentrantLock} with the
 * given fairness policy.
 *
 * @param fair {@code true} if this lock should use a fair ordering policy
 */
public ReentrantLock(boolean fair) {
    sync = fair ? new FairSync() : new NonfairSync();
}







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);
    }
}


final boolean nonfairTryAcquire(int acquires) {
    final Thread current = Thread.currentThread();//获取当前线程实例
    int c = getState();//获取state变量的值,即当前锁被重入的次数
    if (c == 0) {   //state为0,说明当前锁未被任何线程持有
        if (compareAndSetState(0, acquires)) { //以cas方式获取锁
            setExclusiveOwnerThread(current);  //将当前线程标记为持有锁的线程
            return true;//获取锁成功,非重入
        }
    }
    else if (current == getExclusiveOwnerThread()) { //当前线程就是持有锁的线程,说明该锁被重入了
        int nextc = c + acquires;//计算state变量要更新的值
        if (nextc < 0) // overflow
            throw new Error("Maximum lock count exceeded");
        setState(nextc);//非同步方式更新state值
        return true;  //获取锁成功,重入
    }
    return false;     //走到这里说明尝试获取锁失败
}










static final class FairSync extends Sync {
    private static final long serialVersionUID = -3000897897090466540L;

    final void lock() {
        acquire(1);
    }

    /**
     * Fair version of tryAcquire.  Don't grant access unless
     * recursive call or no waiters or is first.
     */

	//不会授予访问权限，除非递归调用或没有队列没有等待的或这就是第一个加锁的。
    protected final boolean tryAcquire(int acquires) {
        final Thread current = Thread.currentThread();
        int c = getState();
        if (c == 0) {
            if (!hasQueuedPredecessors() &&
                compareAndSetState(0, acquires)) {
                setExclusiveOwnerThread(current);
                return true;
            }
        }
        else if (current == getExclusiveOwnerThread()) {
            int nextc = c + acquires;
            if (nextc < 0)
                throw new Error("Maximum lock count exceeded");
            setState(nextc);
            return true;
        }
        return false;
    }
}
public final boolean hasQueuedPredecessors() {
    // The correctness of this depends on head being initialized
    // before tail and on head.next being accurate if the current
    // thread is first in queue.
    Node t = tail; // Read fields in reverse initialization order
    Node h = head;
    Node s;
    return h != t &&
        ((s = h.next) == null || s.thread != Thread.currentThread());
}








public final void acquire(int arg) {
    if (!tryAcquire(arg) &&
        acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg))
        selfInterrupt();
}




private Node addWaiter(Node mode) {
    Node node = new Node(Thread.currentThread(), mode);
    // Try the fast path of enq; backup to full enq on failure
    Node pred = tail;
    if (pred != null) {
        node.prev = pred;
        if (compareAndSetTail(pred, node)) {
            pred.next = node;
            return node;
        }
    }
    enq(node);
    return node;
}
private Node enq(final Node node) {
    for (;;) {
        Node t = tail;//t指向当前队列的最后一个节点,队列为空则为null
        if (t == null) { // Must initialize  //队列为空
            if (compareAndSetHead(new Node())) //构造新结点,CAS方式设置为队列首元素,当head==null时更新成功
                tail = head;//尾指针指向首结点
        } else {  //队列不为空
            node.prev = t;
            if (compareAndSetTail(t, node)) { //CAS将尾指针指向当前结点,当t(原来的尾指针)==tail(当前真实的尾指针)时执行成功
                t.next = node;    //原尾结点的next指针指向当前结点
                return t;
            }
        }
    }
}







1.队列为空的情况:

因为队列为空,故head=tail=null,假设线程执行2成功,则在其执行3之前,因为tail=null,其他进入该方法的线程因为head不为null将在2处不停的失败,所以3即使没有同步也不会有线程安全问题。

2.队列不为空的情况:

假设线程执行5成功,则此时4的操作必然也是正确的(当前结点的prev指针确实指向了队列尾结点,换句话说tail指针没有改变,如若不然5必然执行失败),又因为4执行成功,当前节点在队列中的次序已经确定了,所以6何时执行对线程安全不会有任何影响,

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);
    }
}

原文地址：http://www.cnblogs.com/hope-happy/p/16876571.html