Java-多线程并发之锁原理
LockSupport工具类：
主要用于挂起和唤醒线程，是创建锁和其他同步类的基础。
每个使用LockSupport的线程会和他关联一个许可证。
主要功能由Unsafe类实现：
1.park（）：如果已经拿到了许可证，就返回。没有拿到就阻塞。不会抛异常。
2.unpark（Thread thread）：1) 无条件下调用，如果传入的线程没有许可证，就给许可证。 2) 如果线程调用了park被挂起就被唤醒。
最好对park进行判断，因为这个方法不会抛异常。也不会告诉你为什么park被返回了。
3.parkNanos（long nanos）：与park类似。 拿到许可证就返回，如果没有拿到就在nanos时间后自动返回。
4.park（Object blocker）：当调用park被挂起时会记录到线程内部。用诊断工具getBlock（Thread），可以把block设置成this。就可以获取有关阻塞的信息。
Thread类里边有个变量 volatile Object parkBlocker. 就是用来存放blocker对象的
5.parkNanos（Object blocker，long nanos）
相比park（Object blocker）多了一个超时的时间
6.parkUntil（Object blocker，long deadline） 这个deadline是一个随机的时间。
抽象同步队列AQS：AbstractQueueSynchronizer，同步器的基础组件，锁的底层结构。
AQS的结构：
1.AQS是一个FIFO（first in first out）的双向队列，有头尾指针（head，tail）。在AQS的类中有一个静态内部类Node。Node组成了AQS。
Node中：
thread变量：存放进入AQS队列的线程
exclusive:用来标记该线程是获取独占资源时被挂起放入AQS队列的。
shared：用来标记该线程时获取共享资源被阻塞挂起放入AQS队列的。
waitStatus：记录当前线程等待的状态（cancel线程被取消，signal需要被唤醒，condition在条件队列，propagate释放共享资源需要通知其他节点）
pre：前驱节点
next：后继节点
state:状态信息。可以通过get，set，CAS进行操作。state在不同的锁中有不同的涵义。是一个灵活的int变量。 
ConditionObject内部类：结合锁实现线程的同步。可以直接访问AQS对象内部的变量，如state或者队列。
ConditionObject是条件变量，每个条件变量对应一个条件队列（单链表），用来存放调用条件变量的await方法后被阻塞的线程。
2.AQS的线程同步的关键是对state进行操作。根据state是否属于一个线程，操作state的方式分为独占和共享：
独占：acquire(int args) acquireInterruptibly(int args) release(int args)
共享：acquireShared acquireSharedInterruptibly releaseShared
1）独占方式获取资源：与具体线程绑定，其他线程尝试去操作state获取资源会获取失败阻塞。
比如独占锁ReentrantLock，线程获取到独占锁后，通过CAS把state从0->1，然后设置当前独占锁的持有者为currentThread。
当该线程再次去获取锁，会把状态值从1变成2，代表可重入次数。
当有其他线程去获取锁的时候发现该锁的持有者不是自己，就会被放入AQS阻塞队列挂起。
2）共享方式获取资源：不与具体线程绑定，通过CAS去竞争资源，如果一个线程获得资源后其他线程再去获取资源还能满足需要，CAS即可。
比如Semaphore信号量。当一个线程通过acquire获取信号量，看信号量个数是否满足，不满足就进阻塞队列，满足就通过CAS自旋获取。
3.对于独占锁：
acquire。 release.....
对于共享锁:
acquireShared releaseShared...
在acquire方法中通过tryAcquire设置state的值，失败则把Node封装
入队操作和双向链表队尾添加元素的操作一致。需要判断是否是初始化添加。
AQS条件变量的支持：
Synchronized的wait和notify对应
AQS中的signal和await操作。不同的是Synchronized同时只能与一个共享变量的notify和wait同步。而AQS的一个锁可以对应多个条件变量。
在使用signal和await之前仍然需要获取条件变量对应的锁。
lock.newCondition（）的作用就是创建一个锁对应的条件变量ConditionObject。
获取独占锁。lock.lock();相当于进入Synchronized代码块（即获取共享变量的内部锁）
lock.unlock（）相当于退出Synchronized代码块
代码4调用了条件变量condition.await（）阻塞挂起了当前的线程。就相当于调用共享变量的wait()方法。
调用condition.signal（）就相当于调用了共享变量的notify()方法。
每个条件变量都维护一个条件队列，用来存放被await阻塞挂起的线程
await（）：
在内部构造一个Node.Condition的Node节点，然后将该节点插入条件队列的队尾，修改state值以释放锁，阻塞挂起。如果有其他的现在再进行lock.lock获取锁并使用await，循环步骤。
signal（）：
把条件队列的队头的线程节点移除队列加入AQS阻塞队列，然后激活这个线程。
Sync实现lock。
并根据RenntrantLock的参数是否是fair选择公平和非公平的Sync同步，默认是非公平的
1.CAS将0->1 说明获取到了锁。
2.setExclusiveOwnerThread.设置该锁的持有线程
重写Acquire：
unlock就是先对线程进行一系列的判断。然后通过CAS把state-1，再判断减完是否为0去释放锁。
如果三个线程同时去获取独占锁ReentrantLock，加入线程1争取到了锁，那么剩下的2、3线程就进AQS阻塞队列中等待。
如果线程1获取到锁的情况下，调用了条件变量，例如条件变量用了await，这时就需要1释放锁，然后AQS阻塞队列中的2、3线程根据是否是公平的策略去获取锁。
如果是公平的情况下，通过底层的算法判断是否有前驱节点在他进来之前就在等待这个锁，如果有的话就先给他。
如果是非公平的策略下，就谁后进来谁先获取，抢占式获取。
这时候，线程1由于调用await被阻塞挂起，进入那个条件变量的条件阻塞队列中等待，条件变量1调用signal唤醒他。这就是抢占式的锁ReentrantLock.
读写锁RenntrantReadWriteLock：
写锁：
当其他线程没有读锁、写锁的时候。可以获取写锁。实现的方法主要是通过判断AQS的satate的值。
state的低16位和高16位分别代表写锁和读锁。
读锁：
首先要判断写锁是否被占用，如果写锁被占用不能获取读锁。如果没有其他线程获取写锁，读锁可以被占用。
读锁是共享锁。
如果一个线程有读锁和写锁（先写后读），要在释放读锁时候把写锁一起释放掉。
Lock过程：
SharedCount（）:持有读锁的线程数
readerShouldBlock（）：当前有别的线程在尝试获取锁的时候是否需要阻塞
cacheHoldCounter（）：记录最后一个获取到读锁的线程和该线程的锁可重入数
判断写锁是否被占用，如果占用阻塞>>>>>>获取持有读锁的线数>>>>>>>判断是否超出最大值,调用readerShouldBlock判断是否应该阻塞，是否可以CAS成功，如果都成功，获取读锁成功。
参数设置更新>>>>>>没有获取到读锁的自旋等待。
参数更新：记录第一个和最后一个线程，和该线程获取读锁可重入次数
释放锁的过程不再赘述。
小结：
线程进入读锁的前提条件：
没有其他线程的写锁，
没有写请求或者有写请求，但调用线程和持有锁的线程是同一个。
线程进入写锁的前提条件：
没有其他线程的读锁
没有其他线程的写锁
而读写锁有以下三个重要的特性：
（1）公平选择性：支持非公平（默认）和公平的锁获取方式，吞吐量还是非公平优于公平。
（2）重进入：读锁和写锁都支持线程重进入。
（3）锁降级：遵循获取写锁、获取读锁再释放写锁的次序，写锁能够降级成为读锁。
一个线程要想同时持有写锁和读锁，必须先获取写锁再获取读锁；写锁可以“降级”为读锁；读锁不能“升级”为写锁。
JDK8新增：StampedLock
不直接实现Lock和ReadWriteLock接口，内部自己维护一个双向阻塞队列。
读写都不可重入，在多读的情况下，乐观读的效率会提高很多，因为不进行CAS，而是简单的测试状态。
在获取锁时候都返回一个stamp状态值，在释放锁和转换锁的时候需要传入获取时返回的stamp。
三种模式：
独占写锁：不可重入的独占写。
悲观读：在没有独占写的情况下，多个线程可以同时获取该锁。与ReentrantReadWriteLock类似。
乐观读：最大的不同是操作数据前不进行CAS。 获取stamp后需要进行validate有效性验证判断，判断是否有其他线程持有了写锁。
操作的数据是方法栈里面的数据，是一个快照。进行validate验证及时止损。如果validate发现其他线程也持有了读锁，要么重试要么切换成悲观锁。
