Java同步器简述

一、概述

在并发编程领域，有两大核心问题：一个是互斥，即同一时刻只允许一个线程访问共享资源；另一个是同步，即线程之间如何通信、协作。主要原因是，对于多线程实现实现并发，一直以来，多线程都存在2个问题：

• 线程之间内存共享，需要通过加锁进行控制，但是加锁会导致性能下降，同时复杂的加锁机制也会增加编程编码难度
• 过多线程造成线程之间的上下文切换，导致效率低下

因此，在并发编程领域中，一直有一个很重要的设计原则：“不要通过内存共享来实现通信，而应该通过通信来实现内存共享。”

简单来说，就是尽可能通过消息通信，而不是内存共享来实现进程或者线程之间的同步。

• 并发(Concurrent)：在操作系统中，是指一个时间段中有几个程序都处于已启动运行到运行完毕之间，且这几个程序都是在同一个处理机上运行。
• 并行(Parallel)：当系统有一个以上CPU时，当一个CPU执行一个进程时，另一个CPU可以执行另一个进程，两个进程互不抢占CPU资源，可以同时进行。
• 信号量(Semaphore)：是在多线程环境下使用的一种设施，是可以用来保证两个或多个关键代码段不被并发调用，也是作系统用来解决并发中的互斥和同步问题的一种方法。
• 信号量机制(Semaphores)：用来解决同步/互斥的问题的，它是1965年,荷兰学者Dijkstra提出了一种卓有成效的实现进程互斥与同步的方法。
• 管程(Monitor)：一般是指管理共享变量以及对共享变量的操作过程，让它们支持并发的一种机制。
• 互斥(Mutual Exclusion)：一个公共资源同一时刻只能被一个进程或线程使用，多个进程或线程不能同时使用公共资源。即就是同一时刻只允许一个线程访问共享资源的问题。
• 同步(Synchronization)：两个或两个以上的进程或线程在运行过程中协同步调，按预定的先后次序运行。即就是线程之间如何通信、协作的问题。
• 对象池(Object Pool)：指的是一次性创建出N个对象，之后所有的线程重复利用这N个对象，当然对象在被释放前，也是不允许其他线程使用的，一般指保存实例对象的容器。

二、线程同步机制

2.1 多线程同步器

同步器	简述
volatile	轻量级的同步机制
synchronized	同步锁

2.2 线程阻塞工具类

同步器	简述
LockSupport	AQS中控制线程的实现类，是Java并发基础组件中的基础组件。

2.3 线程锁

同步器	简述
AQS	同步器基类
ReentrantLock	锁
Condition	条件锁
ReentrantReadWriteLock	读写锁
StampedLock	邮戳锁

三、线程辅助类

辅助类	简述
Semaphore	信号量
CountDownLatch	减计数器
CyclicBarrier	加法计数器
Exchanger	交换器
Phaser	阶段

四、总结

Java三种等待唤醒机制：

1. synchronized搭配Object的wait、notify
2. ReentrantLock的await和signal方法
3. LockSupport的park和unpark

Object类和ReentrantLock.newCondition提供的阻塞唤醒机制十分相似，体现在：

1. 要求阻塞和唤醒是有序的：它们都只能先阻塞再唤醒。否则会抛IllegalMonitorStateException异常，且被阻塞的线程不能被唤醒。
2. 依赖加锁或同步代码块：调用Object的等待唤醒方法时要搭配synchronized一起用。即Object的wait和notify要写在sync同步代码块内；调用ReentrantLock.newCondition的await和signal方法时要搭配lock，unlock一起用。否则也会抛IllegalMonitorStateException异常，且被阻塞的线程不能被唤醒。

LockSupport类与前两者不同：

• LockSupport类支持先唤醒后阻塞，不会抛异常(底层是通过permit通行证实现的)。
• LockSupport类不依赖加锁代码块，直接LockSupport.park，LockSupport.park调用即可，较方便。