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并发编程2

news 来源：原创 2025/8/15 22:20:59

接并发编程1

synchronized锁的实现

通过底层指令控制实现，Java提供的一种原子性内置锁，在进入synchronized后会从主内存复制一份共享变量到自己的工作内存，在工作内存中修改完成后，退出时会把工作内存的值写入到主内存，保证原子性。

synchronized基于进入和退出监视器对象来实现方法同步和代码块同步。

同步方法使用ACC_SYNCHRONIZED标记是否是同步方法，方法调用时，先检测该方法是不是同步的，如果是，进入方法时需要monitorenter，退出时monitorexxit。

monitorenter 检测锁

monitorexxit 释放锁

代码块的同步是利用 monitorenter 和 monitorexit 这两个字节码指令。

在虚拟机执行到 monitorenter 指令时，首先要尝试获取对象的锁。

当前线程拥有了这个对象的锁，把锁的计数器+1；当执行 monitorexit 指

令时将模计数器-1；当计数器为 0 时，锁就被释放了。

synchronized通过在对线头设置标记，来实现获取锁和释放锁。

AQS(AbstractQueuedynchronizer)

抽象同步队列

AQS是一个用来构建锁和同步器的框架，是JUC中的核心组件，，常见的ReentrantLock，CountDownLatch等都是基于AQS实现的。

AQS实现原理

在AQS类的内部有一个state变量表示锁是否被使用，初始化为0,在多线程情况下，线程要执行临界区代码，首先要获取state，获取成功后state+1,其他线程正在获取时由于共享资源已被占用，会进入一个双端队列FIFO等待，等占有state的线程执行完临界区的代码释放资源后state-1，会唤醒FIFO中的下一个等待的线程(head的下一个节点)去获取state。

AbstractQueuedynchronizer成员

private transient volatile Node head;
private transient volatile Node tail;
/*使用变量 state 表示锁状态,0-锁未被使用,大于 0 锁已被使用
共享变量 state，使用 volatile 修饰保证线程可见性
*/
private volatile int state;

状态信息通过 getState ， setState ， compareAndSetState 进行操作.

protected final int getState() { //获得锁状态
return state;
}
//使用 CAS 机制设置状态
protected final boolean compareAndSetState(int expect, int update) {
return unsafe.compareAndSwapInt(this, stateOffset, expect, update);
}

ReentrantLock锁实现(互斥锁)

是JUC包下的类，实现了Lock接口，提供了与SYNCHRONIZED不同的另一种同步操作方式，更加灵活。

基于AQS,在并发编程中可以实现公平锁与非公平锁来对资源进行同步。首先 AQS 中的 state 为 0.

A 线程在执行 lock() 方法后，以独占方式 CAS state 为 1。AQS 会记录 A 线程为当前的独占线程，其他线程如果再尝试获取资源，就会进入等待队列，直到 A 线程调用 unlock() 方法，释放了资源，即 state 回归 0 状态。

在“重入性”方面，如果A线程第二次尝试取锁，state 会累加。也就是说，上锁的次数一定等于释放锁的次数。

CountDownLatch(共享锁)

底层实现是通过AQS来完成的。

CountDownLatch 允许一个线程等待其他线程各自执行完毕后再执行，可以延迟线程的进度直到终止状态。与 ReentrantLock 不同的是，在构造 CountDownLatch 对象的时候，会先设定一个 state 大小：

每当一个线程执行完毕后，AQS 内部的 state 就-1，当 state 的值为

0 时，表示所有线程都执行完毕，然后在闭锁上等待的线程就可以恢复工作了。

JUC常用类

ConcurrentHashMap

是一个线程安全的哈希表，对于多线程的操作，结余HashMap与Hashtable之间，内部采用“锁分段”机制。

放弃分段锁的原因：

1.加入多个分段锁浪费内存空间

2.map再放入时竞争一个锁的概率很小，分段锁反而会造成更新操作的长时间等待。

jdk8后采用Node锁，减小锁的粒度，提高性能，使用CAS操作来保证原子性。

实现原理

put 时首先通过 hash 找到对应链表过后，查看是否是第一个 Node，如果是，

直接用 cas 原则插入，无需加锁。

然后，如果不是链表第一个 Node，则直接用链表第一个 Node 加锁，这里加

的锁是 synchronized。

ConcurrentHashMap 不支持存储 null 键和 null 值.

为了消除歧义

ConcurrentHashMap 不能 put null 是因为无法分辨是 key 没找到的 null 还

是有 key 值为 null，这在 多线程 里面是模糊不清的，所以就不让 put null。

CopyOnWriteArrayList

ArraayList 是线程不安全的,在高并发情况下可能会出现问题, Vector 是线程安全的。

JDK 中提供了 CopyOnWriteArrayList 类，将读取的性能发挥到极致，取是完

全不用加锁的，并且更厉害的是： 写入也不会阻塞读取操作，只有写入和写入之

间需要进行同步等待， 读操作的性能得到大幅度提升。

原理：

CopyOnWriteArrayList 类的所有可变操作（add，set 等等）都是通过创建底

层数组的新副本来实现的。当 List 需要被修改的时候，并不直接修改原有数组

对象，而是对原有数据进行一次拷贝，将修改的内容写入副本中。写完之后，再

将修改完的副本替换成原来的数据，这样就可以保证写操作不会影响读操作了。

CopyOnWriteArraySet

基于CopyOnWriteArrayList实现，不能存储重复数据。

文章参考：一文搞懂到底什么是 AQS

Java 多线程 —— AQS 详解