java多线程与高并发（2） -- AQS，CAS,unsafe类

• AQS

  • 抽象类，相当于一个锁。维护的是volatile int state和一个FIFO线程等待队列（队列节点为线程的信息）
  • 子抽象类sync

  •   - sync的实现类FairSync/NonfairSync
      - 其他子类调用方式为引用sync作为他的一个成员变量
    

• 应用类

  • ReentrantLock（见锁）

  • CountDownlatch

      1.new CountDownLatch(10) 初始化的时候将state值设置为10
      2.await()  尝试获取锁，获取  state值是否等于0，若不等于0，则将node节点加入到等待队列中park锁住
      3.可以多个线程同时进行 await()
      4.CountDown()  cas 将state值-1  ，如果-1之后的值==0，cas移除等待队列中的节点，释放锁，返回true
      5.例子： 火箭发射： 各个线程检查（燃料，温控，设备，雷达），检查完毕进行发射。
      练习：？？？
    

  • CyclicBarrier

      1.CyclicBarrier barrier = new CyclicBarrier(20, () -> System.out.println("满人"));  barrier.await();
      2.barrier.await();  -->  利用lock 然后condition.await()
      3.party的数量进行-- 如果减到0，就执行runnable，并且释放锁condition.signalAll()
      4.可循环利用，reset()之后 是和初始化的时候和线程都完成的时候的状态一样。
      5.底层用的是 reentrantLock 和 condition进行控制的。
    

  • Semaphore

     1.new Semaphore(1，true)  ,如果是一个就是锁，如果是多个就是多线程限流，两个参数，另外一个参数是公平非公平
     2.acquire()  获取锁，和CountDownLatch源码类似
     		sync.acquireSharedInterruptibly(1);
     3.release()  释放锁，和CountDownLatch源码类似
      		sync.releaseShared(1);
     4.例子：6辆车抢3个车位
     5.多线程访问同一个资源，限制连接数
    

  • Worker

• CAS

  • 采用循环的方式获取锁，好处：减少线程上下文切换的消耗，缺点：循环会消耗CPU

  • 源码：

     	1.volatile保证线程可见性
     	2.cas保证原子性，new对象初始化的时候，会拿到这个值的valueOffset 内存地址。
     	3.var1是本类对象,var2是valueOffset，通过内存地址获取var5.
     	4.比较的时候还是通过var1和var2获取新的值，与var5比较，如果一样跳出循环，返回var5，如果不一样重新取var5,然后在进行过compareAndSet。
     	5.返回var5后进行值的加减。
     	6.CAS(expect,update) --- > 更新到jvm中的值为 var5 + var4  返回var5在外层进行加1并返回。
     	7.unsafe类是rt包下 的，jvm通过此类可以直接通过源语对操作系统的内存进行操作。这个保证cas的原子性。
    

  • 比较并交换的底层实现

     unsafe.compareAndSwap  ---> C++ atomic.cmpxchg ---汇编 lock_if_mp cmpxchg  cmpxchg   （比较并交换）是序列化的，单cpu 是原子操作，多CPU的时候， cmpxchg不是原子性的 需要前面加lock  ，lock 是在执行后面指令的时候锁定一个 北桥信号。
    

  • 手写一个自旋锁

  • 1.unsafe类方式： 反射获取unsafe类 +setaccessible+valueoffset+volatile value+unsafe.cas

```java
public class MyCas2 {

    private static Unsafe unsafe = null;//Unsafe.getUnsafe();
    private static final long valueOffset;
    private volatile int value1;
    private static Field unsafeField = null;
    static {
        try {
            unsafeField = Unsafe.class.getDeclaredField("theUnsafe");
            unsafeField.setAccessible(true);
            unsafe = (Unsafe) unsafeField.get(null);
            valueOffset = unsafe.objectFieldOffset
                    (MyCas2.class.getDeclaredField("value1"));
        } catch (Exception ex) { throw new Error(ex); }
    }


    public void lock(){
        Thread thread = Thread.currentThread();
        System.out.println(thread.getName() + " come in");
        while (!unsafe.compareAndSwapInt(this,valueOffset,0,1)){
        }

    }

    public void unlock(){
        Thread thread = Thread.currentThread();
        System.out.println(thread.getName() + " out");
        unsafe.compareAndSwapInt(this,valueOffset,1,0);
    }

    public static void main(String[] args) {
        MyCas2 myCas = new MyCas2();
        new Thread(()->{
            myCas.lock();
            try {
                System.out.println("EXCUTING " + Thread.currentThread().getName());
                TimeUnit.SECONDS.sleep(5);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            myCas.unlock();
        },"t1").start();

        new Thread(()->{

            myCas.lock();
            try {
                System.out.println("EXCUTING " + Thread.currentThread().getName());
                TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            myCas.unlock();
        },"t2").start();

    }
}```

2.atomicInteger方式：把0更新为1，解锁在更新回来

public class MyCas {

    private AtomicInteger atm = new AtomicInteger(0);
    private AtomicReference<Thread> atomicReference= new AtomicReference<>();

    public void lock(){
        Thread thread = Thread.currentThread();
        System.out.println(thread.getName() + " come in");
        while (!atomicReference.compareAndSet(null,thread)){
        }

    }

    public void unlock(){
        Thread thread = Thread.currentThread();
        System.out.println(thread.getName() + " out");
        atomicReference.compareAndSet(thread,null);
    }

    public void lock1(){
        Thread thread = Thread.currentThread();
        System.out.println(thread.getName() + " come in");
        while (!atm.compareAndSet(0,1)){
        }

    }

    public void unlock1(){
        Thread thread = Thread.currentThread();
        System.out.println(thread.getName() + " out");
        atm.compareAndSet(1,0);
    }


    public static void main(String[] args) {
        MyCas myCas = new MyCas();
        new Thread(()->{
            myCas.lock1();
            try {
                System.out.println("EXCUTING " + Thread.currentThread().getName());
                TimeUnit.SECONDS.sleep(5);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            myCas.unlock1();
        },"t1").start();

        new Thread(()->{

            myCas.lock1();
            try {
                System.out.println("EXCUTING " + Thread.currentThread().getName());
                TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            myCas.unlock1();
        },"t2").start();

    }
}

• unsafe类
• java 调 C/C++ 调 汇编
• 可以直接拿到类的成员变量的内存进行操作
• 可以load class 通过把class文件转化为字节数组的形式。
• cas调用的是unsafe类的方法
• cas底层