【Java】字符（char）

而从JDK1.5以后，Java界的一位大神—— Doug Lea 开发了AbstractQueuedSynchronizer（AQS）组件，使用原生Java代码实现了synchronized语义。换句话说，Doug Lea没有使用更“高级”的机器指令，也不依靠JDK编译时的特殊处理，仅用一个普普通通的类就完成了代码块的并发访问控制，比那些费力不讨好的实现不知高到哪里去了。

java.util.concurrent包有多重要无需多言，一言以蔽之，是Doug Lea大爷对天下所有Java程序员的怜悯。

AQS定义了一套多线程访问共享资源的同步器框架，是整个java.util.concurrent包的基石，Lock、ReadWriteLock、CountDowndLatch、CyclicBarrier、Semaphore、ThreadPoolExecutor等都是在AQS的基础上实现的。

CAS（Compare And Swap）

CAS 指的是现代 CPU 广泛支持的一种对内存中的共享数据进行操作的一种特殊指令。这个指令会对内存中的共享数据做原子的读写操作。简单介绍一下这个指令的操作过程：

首先，CPU 会先获取这个要修改的值的当前值，然后进行一个原子修改操作。在这个原子操作内部，会再次当这两个值相等时，CPU 才会将内存中的数值替换为新的值。否则便不做操作。最后，CPU 会将旧的数值返回。

这一系列的操作是原子的。它们虽然看似复杂，但却是 Java 5 并发机制优于原有锁机制的根本。简单来说，CAS 的含义是“我认为原有的值应该是什么，如果是，则将原有的值更新为新值，否则不做修改，并告诉我原来的值是多少”。

CAS通过调用JNI（Java Native Interface）调用实现的。JNI允许java调用其他语言，而CAS就是借助C语言来调用CPU底层指令实现的。Unsafe是CAS的核心类，它提供了硬件级别的原子操作

Doug Lea大神在java同步器中大量使用了CAS技术，鬼斧神工的实现了多线程执行的安全性。CAS不仅在AQS的实现中随处可见，也是整个java.util.concurrent包的基石。

AQS，非阻塞数据结构和原子变量类（java.util.concurrent.atomic包中的类），这些concurrent包中的基础类都是使用这种模式来实现的，而concurrent包中的高层类又是依赖于这些基础类来实现的。从整体来看，concurrent包的实现示意图如下：

在Java中，sun.misc.Unsafe 类提供了硬件级别的原子操作来实现这个CAS。 java.util.concurrent 包下的大量类都使用了这个 Unsafe.java 类的CAS操作。

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Posted by Wei on 2019-02-28, Last Modified on 2025-08-11

【Java】锁 - ReentrantLock 类

ReentrantLock 类

ReentrantLock 重入锁，是实现了 Lock 接口的一个类，也是在实际编程中使用频率很高的一个锁。

ReentrantLock 具有以下特点：

支持重入性（reentrancy），表示能够对共享资源能够重复加锁，即当前线程获取该锁再次获取不会被阻塞。
支持**公平锁（fair locking）和非公平锁（unfair locking）**两种方式。
是**可中断（Interruptible）**锁，即是一个可以被中断持有的锁。
是**可限时锁（Timed Lock）**锁，可以传入一个超时值作为参数。当在到达超时时间前，仍然没有获得锁，则放弃对锁的持有申请。

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Posted by Wei on 2019-02-28, Last Modified on 2025-08-11

【Java】多线程 - Java 锁的演化

锁存在的问题

Java 在 JDK1.5 之前都是靠 synchronized 关键字保证同步的，这种通过使用一致的锁定协议来协调对共享状态的访问，可以确保无论哪个线程持有共享变量的锁，都采用独占的方式来访问这些变量。独占锁（exclusive locking）其实就是一种悲观锁（pessimistic locking），所以说 synchronized 是一种悲观锁。

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Posted by Wei on 2019-02-28, Last Modified on 2025-08-11

【Java】多线程-Java 保证原子性、有序性、可见性

线程安全（Thread Safety）

概念

当一个可变（mutable）对象会被多个线程访问时，就要考虑这个线程是不是需要被设计成线程安全的。

一个类会被称为**线程安全（thread-safe）**的，当它被从多个线程访问，而且无论这些线程如何被调度（scheduling）和交叉（interleaving）执行，而且在调用代码（calling code）中不需要额外的同步（synchronization）或者其他协调（coordiantion）机制，它的行为仍然正确（若预期执行）。

换句话说，线程安全的类封装（encapsulate）了已经需要的同步机制，因此客户端或者说调用者不再需要关注或者提供这些同步机制。

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Posted by Wei on 2019-02-28, Last Modified on 2025-08-11

【Java】多线程 - 原子类（Atomic Classes）

背景

我们知道 volatile 关键字虽然轻量级，但不能保证原子性，synchronized 可以保证原子性，但是比较重量级。

那么有没有一种简单的、性能高的方法来保证 Java 的原子操作呢？答案当然是有的。

在 JDK1.5 时期， Java 家族加入了 Atomic 包。

原子类（Atomic Classes）

Java 中提供了对应的原子操作类来实现原子地且有条件进行的读-改-写操作操作。其本质是利用了 CPU 级别的原子指令。由于原子类是基于 CPU 级别的指令，因此其开销比需要操作系统参与的锁的开销小。

CAS 算法

CAS （比较与交换，Compare and swap）算法是一种非阻塞算法（non-blocking algorhithm），同时也是一种无锁算法（lock-free algorhithm），基于乐观并发（pessimistic concurrent control）的思想。

非阻塞版本相对于基于锁的版本有几个性能优势。首先，它用硬件的原生形态代替 JVM 的锁定代码路径，从而在更细的粒度层次上（独立的内存位置）进行同步，失败的线程也可以立即重试，而不会被挂起后重新调度。更细的粒度降低了争用的机会，不用重新调度就能重试的能力也降低了争用的成本。即使有少量失败的 CAS 操作，这种方法仍然会比由于锁争用造成的重新调度快得多。

以 Atomic 类中的 incrementAndGet() 方法为例，其内部就调用了Unsafe中的 native 方法（CompareAndSet）以实现递增数值：

private volatile int value;
public final int get() {
        return value;
    }
/**
 * Atomically increments by one the current value.
 *
 * @return the updated value
 */
public final int incrementAndGet() {
    for (;;) {
        int current = get();
        int next = current + 1;
        if (compareAndSet(current, next))
            return next;
    }
}

我们来分析下incrementAndGet的逻辑：

先获取当前的value值
对value加一
第三步是关键步骤，调用compareAndSet方法来进行一个原子更新操作，这个方法的语义是：先检查当前value是否等于current，如果相等，则意味着value没被其他线程修改过，更新并返回true。如果不相等，compareAndSet则会返回false，然后循环继续尝试更新。

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Posted by Wei on 2019-02-27, Last Modified on 2025-08-11

西维蜀黍

【Java】字符（char）

背景

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【Java】锁 - AQS

引言

CAS（Compare And Swap）

【Java】锁 - ReentrantLock 类

ReentrantLock 类

【Java】多线程 - Java 锁的演化

锁存在的问题

【Java】多线程-Java 保证原子性、有序性、可见性

线程安全（Thread Safety）

概念

【Java】多线程 - 原子类（Atomic Classes）

背景

原子类（Atomic Classes）

CAS 算法

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