● 共享问题
● synchronized
● 线程安全分析
● Monitor
● wait/notify
● 线程状态转换
● 活跃性
● Lock

共享带来的问题

小故事

老王（操作系统）有一个功能强大的算盘（CPU），现在想把它租出去，赚一点外快

小南、小女（线程）来使用这个算盘来进行一些计算，并按照时间给老王支付费用
但小南不能一天24小时使用算盘，他经常要小憩一会（sleep），又或是去吃饭上厕所（阻塞 io 操作），有时还需要一根烟，没烟时思路全无（wait）这些情况统称为（阻塞）

在这些时候，算盘没利用起来（不能收钱了），老王觉得有点不划算
另外，小女也想用用算盘，如果总是小南占着算盘，让小女觉得不公平
于是，老王灵机一动，想了个办法 [ 让他们每人用一会，轮流使用算盘 ]
这样，当小南阻塞的时候，算盘可以分给小女使用，不会浪费，反之亦然
最近执行的计算比较复杂，需要存储一些中间结果，而学生们的脑容量（工作内存）不够，所以老王申请了一个笔记本（主存），把一些中间结果先记在本上
计算流程是这样的

但是由于分时系统，有一天还是发生了事故
小南刚读取了初始值 0 做了个 +1 运算，还没来得及写回结果
老王说 [ 小南，你的时间到了，该别人了，记住结果走吧 ]，于是小南念叨着 [ 结果是1，结果是1…] 不甘心地到一边待着去了（上下文切换）
老王说 [ 小女，该你了 ]，小女看到了笔记本上还写着 0 做了一个 -1 运算，将结果 -1 写入笔记本
这时小女的时间也用完了，老王又叫醒了小南：[小南，把你上次的题目算完吧]，小南将他脑海中的结果 1 写入了笔记本

小南和小女都觉得自己没做错，但笔记本里的结果是 1 而不是 0

Java 的体现

两个线程对初始值为 0 的静态变量一个做自增，一个做自减，各做 5000 次，结果是 0 吗？

static int counter = 0;
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
    Thread t1 = new Thread(() -> {
        for (int i = 0; i < 5000; i++) {
            counter++;
        }
    }, "t1");
    
    Thread t2 = new Thread(() -> {
        for (int i = 0; i < 5000; i++) {
            counter--;
        }
    }, "t2");
    
    t1.start();
    t2.start();
    t1.join();
    t2.join();
    
    log.debug("{}",counter);
}

问题分析

以上的结果可能是正数、负数、零。为什么呢？因为 Java 中对静态变量的自增，自减并不是原子操作，要彻底理解，必须从字节码来进行分析

例如对于 i++ 而言（i 为静态变量），实际会产生如下的 JVM 字节码指令：

getstatic i // 获取静态变量i的值
iconst_1 // 准备常量1
iadd // 自增
putstatic i // 将修改后的值存入静态变量i

而对应i--也是类似：

getstatic i // 获取静态变量i的值
iconst_1 // 准备常量1
isub // 自减
putstatic i // 将修改后的值存入静态变量i

而 Java 的内存模型如下，完成静态变量的自增，自减需要在主存和工作内存中进行数据交换：

如果是单线程以上 8 行代码是顺序执行（不会交错）没有问题：

但多线程下这 8 行代码可能交错运行：

出现负数的情况：

出现正数的情况：

临界区 Critical Section

临界资源：一次仅允许一个进程使用的资源成为临界资源

临界区：访问临界资源的代码块

例如，下面代码中的临界区


static int counter = 0;
static void increment()
// 临界区
{
    counter++; 
}

static void decrement()
// 临界区
{
    counter--; 
}

竞态条件 Race Condition

多个线程在临界区内执行，由于代码的执行序列不同而导致结果无法预测，称之为发生了竞态条件

一个程序运行多个线程是没有问题，多个线程读共享资源也没有问题，在多个线程对共享资源读写操作时发生指令交错，就会出现问题

synchronized 解决方案

为了避免临界区的竞态条件发生（解决线程安全问题）：

阻塞式的解决方案：synchronized，lock
非阻塞式的解决方案：原子变量

管程（monitor）：由局部于自己的若干公共变量和所有访问这些公共变量的过程所组成的软件模块，保证同一时刻只有一个进程在管程内活动，即管程内定义的操作在同一时刻只被一个进程调用（由编译器实现）

什么是synchronized

synchronized：对象锁，保证了临界区内代码的原子性，采用互斥的方式让同一时刻至多只有一个线程能持有对象锁，其它线程获取这个对象锁时会阻塞，保证拥有锁的线程可以安全的执行临界区内的代码，不用担心线程上下文切换。

synchronized 是可重入、不公平的重量级锁

在使用 synchronized 修饰对象时，同一时刻只能有一个线程对该对象进行访问；
在 synchronized 修饰方法代码块时，同一时刻只能有一个线程执行该方法体或代码块，其他线程只有等待当前线程执行完毕并放锁资源后才能访问该对象或执行同步代码块。

互斥和同步都可以采用 synchronized 关键字来完成，但它们还是有区别的：

互斥是保证临界区的竞态条件发生，同一时刻只能有一个线程执行临界区代码
同步是由于线程执行的先后、顺序不同、需要一个线程等待其它线程运行到某个点、

Java 中的每个对象都有个 monitor 对象，加锁就是在竞争 monitor 对象。对代码块加
锁是通过在前后分别加上 rnonitorenter 和 monitorexit 指令实现的，对方法是否加锁是通
过一个标记位来判断的。

synchronized 的作用范围如下

synchronized 作用于成员变量和非静态方法时，锁住的是对象的实例，即 this 对

象。
synchronized 作用于静态方法时，锁住的是 Class 实例，因为静态方法属于 Class

而不属于对象。

使用锁

同步块

锁对象：理论上可以是任意的唯一对象

synchronized 是可重入、不公平的重量级锁

原则上：

锁对象建议使用共享资源
在实例方法中使用 this 作为锁对象，锁住的 this 正好是共享资源
在静态方法中使用类名 .class 字节码作为锁对象，因为静态成员属于类，被所有实例对象共享，所以需要锁住类

同步代码块格式：

synchronized(对象) // 线程1， 线程2(blocked)
{
 	临界区
}

实例：


static int counter = 0;
static final Object room = new Object();

public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
    
    Thread t1 = new Thread(() -> {
        for (int i = 0; i < 5000; i++) {
            synchronized (room) {
                counter++;
            }
        }
    }, "t1");
    
    Thread t2 = new Thread(() -> {
        for (int i = 0; i < 5000; i++) {
            synchronized (room) {
                counter--;
            }
        }
    }, "t2");
    
    t1.start();
    t2.start();
    t1.join();
    t2.join();
    log.debug("{}",counter);
}

面向对象改进

把需要保护的共享变量放入一个类

package hm.test_synchronized;

public class Room {

    int value = 0;

    public void increment() {
        synchronized (this) {
            value++;
        }
    }

    public void decrement() {
        synchronized (this) {
            value--;
        }

    }

    public int get() {
        synchronized (this) {
            return value;
        }
    }



}

package hm.test_synchronized;

import lombok.extern.slf4j.Slf4j;

@Slf4j
public class Test1 {


    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {

        Room room = new Room();
        Thread t1 = new Thread(() -> {
            for (int j = 0; j < 5000; j++) {
                room.increment();
            }
        }, "t1");
        Thread t2 = new Thread(() -> {
            for (int j = 0; j < 5000; j++) {
                room.decrement();
            }

        });
        t1.start();
        t2.start();
        t1.join();
        t2.join();

        log.debug("count: {}", room.get());
    }
}

同步方法

把出现线程安全问题的核心方法锁起来，每次只能一个线程进入访问

synchronized 修饰的方法的不具备继承性，所以子类是线程不安全的，如果子类的方法也被 synchronized 修饰，两个锁对象其实是一把锁，而且是子类对象作为锁

用法：直接给方法加上一个修饰符 synchronized

锁的是当前对象

class Test{
    public synchronized void test() {

    }
}
等价于
class Test{
    public void test() {
        synchronized(this) {

        }
    }
}

使用static修饰时，锁的是类对象

class Test{
    public synchronized static void test() {
        
    }
}
等价于
class Test{
    public static void test() {
        synchronized(Test.class) {

        }
    }
}

所谓的“线程八锁”

线程八锁就是考察 synchronized 锁住的是哪个对象

说明：主要关注锁住的对象是不是同一个

锁住类对象，所有类的实例的方法都是安全的，类的所有实例都相当于同一把锁
锁住 this 对象，只有在当前实例对象的线程内是安全的，如果有多个实例就不安全

情况1：12 或 21

@Slf4j(topic = "c.Number")
class Number{
    public synchronized void a() {
        log.debug("1");
    }
    public synchronized void b() {
        log.debug("2");
    }
}

public static void main(String[] args) {
    Number n1 = new Number();
    new Thread(()->{ n1.a(); }).start();
    new Thread(()->{ n1.b(); }).start();
}

情况2：1s后12，或 2 1s后 1

@Slf4j(topic = "c.Number")
class Number{
    public synchronized void a() {
        sleep(1);
        log.debug("1");
    }
    public synchronized void b() {
        log.debug("2");
    }
}

public static void main(String[] args) {
    Number n1 = new Number();
    new Thread(()->{ n1.a(); }).start();
    new Thread(()->{ n1.b(); }).start();
}

情况3：3 1s 12 或 23 1s 1 或 32 1s 1

@Slf4j(topic = "c.Number")
class Number{
    public synchronized void a() {
        sleep(1);
        log.debug("1");
    }
    public synchronized void b() {
        log.debug("2");
    }
    public void c() {
        log.debug("3");
    }
}

public static void main(String[] args) {
    Number n1 = new Number();
    new Thread(()->{ n1.a(); }).start();
    new Thread(()->{ n1.b(); }).start();
    new Thread(()->{ n1.c(); }).start();
}

情况4：2 1s 后 1

@Slf4j(topic = "c.Number")
class Number{
    public synchronized void a() {
        sleep(1);
        log.debug("1");
    }
    public synchronized void b() {
        log.debug("2");
    }
}

public static void main(String[] args) {
    Number n1 = new Number();
    Number n2 = new Number();
    new Thread(()->{ n1.a(); }).start();
    new Thread(()->{ n2.b(); }).start();
}

情况5：2 1s 后 1

@Slf4j(topic = "c.Number")
class Number{
    public static synchronized void a() {
        sleep(1);
        log.debug("1");
    }
    public synchronized void b() {
        log.debug("2");
    }
}

public static void main(String[] args) {
    Number n1 = new Number();
    new Thread(()->{ n1.a(); }).start();
    new Thread(()->{ n1.b(); }).start();
}

情况5：2 1s 后 1

@Slf4j(topic = "c.Number")
class Number{
    public static synchronized void a() {
        sleep(1);
        log.debug("1");
    }
    public static synchronized void b() {
        log.debug("2");
    }
}

public static void main(String[] args) {
    Number n1 = new Number();
    new Thread(()->{ n1.a(); }).start();
    new Thread(()->{ n1.b(); }).start();
}

线程不安全：因为锁住的不是同一个对象，线程 1 调用 a 方法锁住的类对象，线程 2 调用 b 方法锁住的 n2 对象，不是同一个对象

情况7：2 1s 后 1

@Slf4j(topic = "c.Number")
class Number{
    public static synchronized void a() {
        sleep(1);
        log.debug("1");
    }
    public synchronized void b() {
        log.debug("2");
    }
}

public static void main(String[] args) {
    Number n1 = new Number();
    Number n2 = new Number();
    new Thread(()->{ n1.a(); }).start();
    new Thread(()->{ n2.b(); }).start();
}

线程安全：因为 n1 调用 a() 方法，锁住的是类对象，n2 调用 b() 方法，锁住的也是类对象，所以线程安全

情况8：1s 后12，或 2 1s后 1

@Slf4j(topic = "c.Number")
class Number{
    public static synchronized void a() {
        sleep(1);
        log.debug("1");
    }
    public static synchronized void b() {
        log.debug("2");
    }
}

public static void main(String[] args) {
    Number n1 = new Number();
    Number n2 = new Number();
    new Thread(()->{ n1.a(); }).start();
    new Thread(()->{ n2.b(); }).start();
}

变量的线程安全分析

成员变量和静态变量是否线程安全？

●如果它们没有共享，则线程安全

●如果它们被共享了，根据它们的状态是否能够改变，又分两种情况

○如果只有读操作，则线程安全

○如果有读写操作，则这段代码是临界区，需要考虑线程安全

局部变量是否线程安全？

●局部变量是线程安全的

●但局部变量引用的对象则未必

○如果该对象没有逃离方法的作用访问，它是线程安全的

○如果该对象逃离方法的作用范围，需要考虑线程安全

局部变量线程安全分析

public static void test1() {
    int i = 10;
    i++; 
}

每个线程调用 test1() 方法时局部变量 i，会在每个线程的栈帧内存中被创建多份，因此不存在共享

public static void test1();
    descriptor: ()V
    flags: ACC_PUBLIC, ACC_STATIC
    Code:
        stack=1, locals=1, args_size=0
        0: bipush            10
        2: istore_0
        3: iinc               0, 1
        6: return
    LineNumberTable:
        line 10: 0
        line 11: 3
        line 12: 6
    LocalVariableTable:
        Start Length Slot Name Signature
            3      4     0    i   I

如图,局部变量会在线程中复制一份，各线程之间变量互补影响

局部变量的引用稍有不同


class ThreadUnsafe {
    
    ArrayList<String> list = new ArrayList<>();
    public void method1(int loopNumber) {
        for (int i = 0; i < loopNumber; i++) {
            // { 临界区, 会产生竞态条件
            method2();
            method3();
            // } 临界区
        }
    }
//    往列表中添加一个元素
    private void method2() {
        list.add("1");
    }
//    列表中移除一个元素
    private void method3() {
        list.remove(0);
    }
}

测试：

public static void main(String[] args) {
    ThreadUnsafe test = new ThreadUnsafe();
    for (int i = 0; i < 12; i++) {
        new Thread(() -> {
            test.method1(200);
        }, "Thread" + i).start();
    }
}

会出现异常：

t1 add之后准备将size记为1但还没记的时候被 t2抢走,此时size仍未0

t2 add操作,并成功将size记为1,然后又被t1抢回,
t1 继续未完操作,再次将size记为1,这时又被t2抢走(此时为1，但是正常情况应该是2)

t2 继续操作,remove之后,size记为0,然后又被t1抢走

此时t1再去remove时发现size为0,就报了异常

Exception in thread "Thread1" java.lang.IndexOutOfBoundsException: Index: 0, Size: 0 
     at java.util.ArrayList.rangeCheck(ArrayList.java:657) 
     at java.util.ArrayList.remove(ArrayList.java:496) 
     at cn.itcast.n6.ThreadUnsafe.method3(TestThreadSafe.java:35) 
     at cn.itcast.n6.ThreadUnsafe.method1(TestThreadSafe.java:26) 
     at cn.itcast.n6.TestThreadSafe.lambda$main$0(TestThreadSafe.java:14) 
     at java.lang.Thread.run(Thread.java:748)

分析：

无论哪个线程中的 method2 引用的都是同一个对象中的 list 成员变量
method3 与 method2 分析相同

虽然每个线程有自己的栈帧，但是共享了一个变引用地址。

将 list 修改为局部变量

class ThreadSafe {
    public final void method1(int loopNumber) {
        ArrayList<String> list = new ArrayList<>();
        for (int i = 0; i < loopNumber; i++) {
            method2(list);
            method3(list);
        }
    }
    private void method2(ArrayList<String> list) {
        list.add("1");
    }
    private void method3(ArrayList<String> list) {
        list.remove(0);
    }
}

那么就不会有上述问题了

分析：

list 是局部变量，每个线程调用时会创建其不同实例，没有共享
而 method2 的参数是从 method1 中传递过来的，与 method1 中引用同一个对象
method3 的参数分析与 method2 相同

方法访问修饰符带来的思考，如果把 method2 和 method3 的方法修改为 public 会不会出现线程安全问题？

不会出现，传入的变量已经是在堆中的不同地址了。

情况1：有其它线程调用 method2 和 method3
情况2：在情况1 的基础上，为 ThreadSafe 类添加子类，子类覆盖 method2 或 method3 方法，即

以下会出现线程安全问题，

class ThreadSafe {
    public final void method1(int loopNumber) {
        ArrayList<String> list = new ArrayList<>();
        for (int i = 0; i < loopNumber; i++) {
            method2(list);
            method3(list);
        }
    }
    private void method2(ArrayList<String> list) {
        list.add("1");
    }
    private void method3(ArrayList<String> list) {
        list.remove(0);
    }
}

class ThreadSafeSubClass extends ThreadSafe{
    @Override
    public void method3(ArrayList<String> list) {
        //新的线程中，共享了一个变量list,会出现问题
        new Thread(() -> {
            list.remove(0);
        }).start();
    }
}

新的线程中，共享了一个变量list,会出现问题,添加final关键字，避免子类重写，进而避免重写问题

常见线程安全类

String
Integer
StringBuffffer
Random
Vector
Hashtable
java.util.concurrent 包下的类

这里说它们是线程安全的是指，多个线程调用它们同一个实例的某个方法时，是线程安全的。也可以理解为

Hashtable table = new Hashtable();

new Thread(()->{
    table.put("key", "value1");
}).start();

new Thread(()->{
    table.put("key", "value2");
}).start();

它们的每个方法是原子的
但注意它们多个方法的组合不是原子的，见后面分析

分析下面代码是否线程安全？

Hashtable table = new Hashtable();
// 线程1，线程2
if( table.get("key") == null) {
    table.put("key", value);
}

如图，线程1判断是否为空，这是上下文切换，线程2判断是否为空，并且写入，切换为线程1，最终线程2的值被覆盖。

不可变类线程安全性

String、Integer 等都是不可变类，因为其内部的状态不可以改变，因此它们的方法都是线程安全的

有同学或许有疑问，String 有 replace，substring 等方法【可以】改变值啊，

以String为例子：

那么这些方法又是如何保证线程安全的呢？

public class Immutable{
    private int value = 0;
    
    public Immutable(int value){
        this.value = value;
    }
    
    public int getValue(){
        return this.value;
    }
}

如果想增加一个增加的方法呢？

public class Immutable{
    private int value = 0;
    
    public Immutable(int value){
        this.value = value;
    }
    
    public int getValue(){
        return this.value;
    }

    public Immutable add(int v){
        return new Immutable(this.value + v);
    }
}

实例分析

例1：

public class MyServlet extends HttpServlet {
    // 是否安全？  不安全
    Map<String,Object> map = new HashMap<>();
    // 是否安全？  安全
    String S1 = "...";
    // 是否安全？  安全 不可变
    final String S2 = "...";
    // 是否安全？  不安全
    Date D1 = new Date();
    // 是否安全？  不安全
    final Date D2 = new Date();

    public void doGet(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response) {
        // 使用上述变量
    }
}

例2：

public class MyServlet extends HttpServlet {
    // 是否安全？  不安全 多个线程共享一个成员变量
    private UserService userService = new UserServiceImpl();

    public void doGet(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response) {
        userService.update(...);
    }
}

public class UserServiceImpl implements UserService {
    // 记录调用次数
    private int count = 0;

    public void update() {
        // ...
        count++;
    }
}

例3:

没有添加scop属性，默认是单例，所有线程共享一个成员变量，会出现线程安全,使用LocalTread保证同一线程

@Aspect
@Component
public class MyAspect {
    // 是否安全？ 不安全
    private long start = 0L;

    @Before("execution(* *(..))")
    public void before() {
        start = System.nanoTime();
    }

    @After("execution(* *(..))")
    public void after() {
        long end = System.nanoTime();
        System.out.println("cost time:" + (end-start));
    }
}

例4

public class MyServlet extends HttpServlet {
    // 是否安全  安全
    private UserService userService = new UserServiceImpl();

    public void doGet(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response) {
        userService.update(...);
    }
}

public class UserServiceImpl implements UserService {
    // 是否安全 安全 没有造成线程安全的地方
    private UserDao userDao = new UserDaoImpl();

    public void update() {
        userDao.update();
    }
}

public class UserDaoImpl implements UserDao {
    public void update() {
        String sql = "update user set password = ? where username = ?";
        // 是否安全 安全  方法的成员变量
        try (Connection conn = DriverManager.getConnection("","","")){
            // ...
        } catch (Exception e) {
            // ...
        }
    }
}

例6

public class MyServlet extends HttpServlet {
    // 是否安全
    private UserService userService = new UserServiceImpl();

    public void doGet(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response) {
        userService.update(...);
    }
}

public class UserServiceImpl implements UserService {
    public void update() {
        UserDao userDao = new UserDaoImpl();
        userDao.update();
    }
}

public class UserDaoImpl implements UserDao {
    // 是否安全 不安全，共享成员变量，应该线程私有
    private Connection = null;
    public void update() throws SQLException {
        String sql = "update user set password = ? where username = ?";
        conn = DriverManager.getConnection("","","");
        // ...
        conn.close();
    }
}

public abstract class Test {

    public void bar() {
        // 是否安全 不安全
        SimpleDateFormat sdf = new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss");
        foo(sdf);
    }

    public abstract foo(SimpleDateFormat sdf);


    public static void main(String[] args) {
        new Test().bar();
    }
    
}

其中 foo 的行为是不确定的，可能导致不安全的发生，被称之为外星方法

public void foo(SimpleDateFormat sdf) {
    String dateStr = "1999-10-11 00:00:00";
    for (int i = 0; i < 20; i++) {
        //不安全
        new Thread(() -> {
            try {
                sdf.parse(dateStr);
            } catch (ParseException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }).start();
    }
}

例8

private static Integer i = 0;
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
    List<Thread> list = new ArrayList<>();
    for (int j = 0; j < 2; j++) {
        Thread thread = new Thread(() -> {
            for (int k = 0; k < 5000; k++) {
                synchronized (i) {
                    i++;
                }
            }
        }, "" + j);
        list.add(thread);
    }
    list.stream().forEach(t -> t.start());
    list.stream().forEach(t -> {
        try {
            t.join();
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    });
    log.debug("{}", i);
}

锁原理

Monitor

含义

Monitor 被翻译为监视器或管程

每个 Java 对象都可以关联一个 Monitor 对象，Monitor 也是 class，其实例存储在堆中，如果使用 synchronized 给对象上锁（重量级）之后，该对象头的 Mark Word 中就被设置指向 Monitor 对象的指针，这就是重量级锁

Java 中的每个对象都有个 monitor 对象，加锁就是在竞争 monitor 对象 。

对代码块加锁是通过在前后分别加上 monitorenter和 monitorexit 指令实现的，

对方法是否加锁是通过一个标记位来判断的

结构

以 32 位虚拟机为例

普通对象

Mark Word 主要用来存储对象自身的运行时数据

Klass Word 指向Class对象

数组对象

相对于普通对象多了记录数组长度

Mark Word 结构：最后两位是锁标志位

64 位虚拟机 Mark Word

工作流程1：

ContentionList ：锁竞争队列，所有请求锁的线程都被放在竞争队列中。

EntryList ：竞争候选列表，在 ContentionList 中有资格成为候选者来竞争锁资源
的线程被移动到了Entr List 中。
WaitSet ；等待集合，调用 wait 方法后被阻塞的线程将被放在 WaitSet 中。
OnDeck ：竞争候选者，在同一时刻最多只有一个线程在竞争锁资源，该线程的
状态被称为 OnDeck 。

Owner ：竞争到锁资源的线程被称为 Owner 状态、钱程。

Owner ：在 Owner 线程释放锁后会从 Owner 的状态变成！ Owner 。

synchronized 在收到新的锁请求时首先自旋，如果通过自旋也没有获取锁资源，则将被放入锁竞争队列 ContentionList 中。
为了防止锁竞争时 ContentionList 尾部的元素被大量的并发线程进行CAS 访问而影响性能，Owner 线程会在释放锁资源时将 ContentionList 中的部分线程移动到 EntryList
中，并指定EntryList中的某个线程（一般是最先进入的线程）为 OnDeck 线程。

Owner线程并没有直接把锁传递给 OnDeck 线程，而是把锁竞争的权利交给 OnDeck ，让
OnDeck 线程重新竞争锁。在 Java 中把该行为称为“竞争切换”，该行为牺牲了公平性，
但提高了性能。

获取到锁资源的OnDeck 线程会变为Owner线程，而未获取到锁资源的线程仍然停留在 EntryList中。

Owner线程在被 wait 方法阻塞后，会被转移到 WaitSet队列中，直到某个时刻被notify方法或者notifyAll 方法唤醒，会再次进入EntryList 中。

ContentionList、EntryList 、WaitSet 中的线程均为阻塞状态，该阻塞是由操作系统来完成的（在Linux内核下是采用pthread_mutex_lock内核函数实现的)。

Owner 线程在执行完毕后会释放锁的资源并变为Owner 状态，

工作流程2：

刚开始 Monitor 中 Owner 为 null
当 Thread-2 执行 synchronized(obj) 就会将 Monitor 的所有者 Owner 置为 Thread-2，Monitor 中只能有一个 Owner，obj 对象的 Mark Word 指向 Monitor，把对象原有的 MarkWord 存入线程栈中的锁记录中（轻量级锁部分详解）
在 Thread-2 上锁的过程中，如果 Thread-3，Thread-4，Thread-5 也来执行 synchronized(obj)，就会进入EntryList BLOCKED
Thread-2 执行完同步代码块的内容，根据 obj 对象头中 Monitor 地址寻找，设置 Owner 为空，把线程栈的锁记录中的对象头的值设置回 MarkWord
唤醒 EntryList 中等待的线程来竞争锁，竞争是非公平的，如果这时有新的线程想要获取锁，可能直接就抢占到了，阻塞队列的线程就会继续阻塞
WaitSet 中的 Thread-0，是以前获得过锁，但条件不满足进入 WAITING 状态的线程（wait-notify 机制）

注意：

synchronized 必须是进入同一个对象的 Monitor 才有上述的效果
不加 synchronized 的对象不会关联监视器，不遵从以上规则

为什么是非公平锁？

在synchronized 中，在线程进入ContentionList 之前，等待的线程会先尝试以自旋的方式获取锁，如果获取不到就进入ContentionList，该做法对于已经进入队列的线程是不公平的，因此 synchronized是非公平锁。另外，自旋获取锁的线程也可以直接抢占OnDeck 线程的锁资源。

字节码

static final Object lock = new Object();
static int counter = 0;
public static void main(String[] args) {
    synchronized (lock) {
        counter++;
    }
}

说明：

通过异常 try-catch 机制，确保一定会被解锁
方法级别的 synchronized 不会在字节码指令中有所体现

锁升级

synchronized是一个重量级操作，需要调用操作系统的相关接口，性能较低，给线程加锁的时间有可能超过获取锁后具体逻辑代码的操作时间。

JDK 1.6对 synchronized做了很多优化，引入了适应自旋、锁消除、锁粗化、轻量级锁及偏向锁等以提高锁的效率。锁可以从偏向锁升级到轻量级锁，再升级到重量级锁，这种升级过程叫作锁膨胀。

升级过程

重量级锁：

是基于操作系统的互斥量（Mutex lock）而实现的锁，会导致进程在用户态和核心态切换，相对开销大

为什么是synchronized是重量级？

synchronized在内部基于监视器锁(Monitor )实现，监视器锁基于底层的操作系统的 Mutex Lock实现，因此 synchronized属于重量级锁。

重量级锁需要在用户态和核心态之间做转换，所以synchronized的运行效率不高。

JDK在1.6版本以后，为了减少获取锁和释放锁所带来的性能消耗及提高性能，引人了轻量级锁和偏向锁。

synchronized 是可重入、不公平的重量级锁，所以可以对其进行优化

无锁 -> 偏向锁 -> 轻量级锁 -> 重量级锁 // 随着竞争的增加，只能锁升级，不能降级

轻量级锁

核心设计：

在没有多线程竞争的前提下，减少重量级的使用提高系统性能。

如果一个对象虽然有多线程要加锁，但加锁的时间是错开的（也就是没有竞争，没有出现竞争也需要进行上下文切换，造成资源的浪费）。那么可以使用轻量级锁来优化，轻量级锁对使用者是透明的（不可见）。

适用：

轻量级锁适用于**线程交替执行同步代码块的情况（即互斥操作)**，如果同一时刻有多个线程访问同一个锁，则将会导致轻量级锁膨胀为重量级锁。

优化:

轻量级锁在没有竞争时（锁重入时），每次重入仍然需要执行 CAS 操作，Java 6 才引入的偏向锁来优化

Ps:dancer: 可重入锁：线程可以进入任何一个它已经拥有的锁所同步着的代码块，可重入锁最大的作用是避免死锁

样例：

假设有两个方法同步块，利用同一个对象加锁

static final Object obj = new Object();

public static void method1() {
    synchronized( obj ) {
        // 同步块 A
        method2();
    }
}

public static void method2() {
    synchronized( obj ) {
        // 同步块 B
    }
}

创建锁记录（Lock Record）对象，每个线程的栈帧都会包含一个锁记录的结构，内部可以存储锁定对象的Mark Word

让锁记录中 Object reference 指向锁对象，并尝试用 cas 替换 Object 的 Mark Word，将 Mark Word 的值存入锁记录（01无锁，00轻量级锁，10重量级锁）

如果 cas 替换成功，对象头中存储了 锁记录地址和状态 00 ，表示由该线程给对象加锁，这时图示如下

如果 cas 失败，有两种情况
- 如果是其它线程已经持有了该 Object 的轻量级锁，这时表明有竞争，进入锁膨胀过程
- 如果是自己执行了 synchronized 锁重入，那么再添加一条 Lock Record 作为重入的计数

当退出 synchronized 代码块（解锁时）如果有取值为 null 的锁记录，表示有重入，这时重置锁记录，表示重入计数减一

当退出 synchronized 代码块（解锁时）锁记录的值不为 null，这时使用 cas 将 Mark Word 的值恢复给对象头
成功，则解锁成功
- 失败，说明轻量级锁进行了锁膨胀或已经升级为重量级锁，进入重量级锁解锁流程

偏向锁 (比轻量级锁更轻的)

ps:dancer:可重入锁：线程可以进入任何一个它已经拥有的锁所同步着的代码块，可重入锁最大的作用是避免死锁

优化

除了在多线程之间存在竞争获取锁的情况，还会经常出现同一个锁被同一个线程多次获取的情况（没有竞争，并且只有一个锁对象）。

概念

偏向锁用于在某个线程获取某个锁之后，消除这个线程锁重入的开销,看起来似乎是这个线程得到了该锁的偏向（偏袒)。

轻量级锁在没有竞争时（就自己这个线程），每次重入仍然需要执行 CAS 操作。

主要目的(优化可重入的cas)：

在同一个线程多次获取某个锁的情况下尽量减少轻量级锁的执行路径，因为轻量级锁的获取及释放需要多次CAS ( Compare and Swap)原子操作，而偏向锁只需要在切换ThreadID时执行一次CAS原子操作，因此可以提高锁的运行效率.
在出现多线程竞争锁的情况时，JVM 会自动撤销偏向锁，因此偏向锁的撤销操作的耗时必须少于节省下来的CAS原子操作的耗时。
综上所述，轻量级锁用于提高线程交替执行同步块时的性能，偏向锁则在某个线程交替执行同步块时进一步提高性能。

偏向锁的思想是偏向于让第一个获取锁对象的线程，这个线程之后重新获取该锁不再需要同步操作：

当锁对象第一次被线程获得的时候进入偏向状态，标记为 101，同时使用 CAS 操作将线程 ID 记录到 Mark Word。如果 CAS 操作成功，这个线程以后进入这个锁相关的同步块，查看这个线程 ID 是自己的就表示没有竞争，就不需要再进行任何同步操作
当有另外一个线程去尝试获取这个锁对象时，偏向状态就宣告结束，此时撤销偏向（Revoke Bias）后恢复到未锁定或轻量级锁状态

这里的线程id是操作系统赋予的id 和 Thread的id是不同的

例如：

static final Object obj = new Object();

public static void m1() {
    synchronized( obj ) {
        // 同步块 A
        m2();
    }
}

public static void m2() {
    synchronized( obj ) {
        // 同步块 B
        m3();
    }
}

public static void m3() {
    synchronized( obj ) {
        // 同步块 C
    }
}

偏向状态

一个对象创建时：

如果开启了偏向锁（默认开启），那么对象创建后，markword 值为 0x05 即最后 3 位为 101，这时它的 thread、epoch、age 都为 0
偏向锁是默认是延迟的，不会在程序启动时立即生效，如果想避免延迟，可以加 VM 参数 -XX:BiasedLockingStartupDelay=0 来禁用延迟 。

（JDK 8 延迟 4s 开启偏向锁原因：在刚开始执行代码时，会有好多线程来抢锁，如果开偏向锁效率反而降低）
如果没有开启偏向锁，那么对象创建后，markword 值为 0x01 即最后 3 位为 001，这时它的 hashcode、age 都为 0，第一次用到 hashcode 时才会赋值

1）测试延迟特性

偏向锁是默认是延迟的，不会在程序启动时立即生效，如果想避免延迟，可以加 VM 参数 -XX:BiasedLockingStartupDelay=0 来禁用延迟

2）测试偏向锁

1	class Dog {}

利用 jol 第三方工具来查看对象头信息（注意这里up主扩展了 jol 让它输出更为简洁）

这里视频里引入的依赖貌似是他自己做的jar包,代码我就没写了,

代码很简单,重在理解对象头MarkWord


public static void main(String[] args) throws IOException {
    Dog d = new Dog();
    ClassLayout classLayout = ClassLayout.parseInstance(d);
    
    new Thread(() -> {
        log.debug("synchronized 前");
        System.out.println(classLayout.toPrintableSimple(true));
        synchronized (d) {
            log.debug("synchronized 中");
            System.out.println(classLayout.toPrintableSimple(true));
        }
        log.debug("synchronized 后");
        System.out.println(classLayout.toPrintableSimple(true));
    }, "t1").start();
}

输出

11:08:58.117 c.TestBiased [t1] - synchronized 前
00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000101 
11:08:58.121 c.TestBiased [t1] - synchronized 中
00000000 00000000 00000000 00000000 00011111 11101011 11010000 00000101 
11:08:58.121 c.TestBiased [t1] - synchronized 后
00000000 00000000 00000000 00000000 00011111 11101011 11010000 00000101

注意

处于偏向锁的对象解锁后，线程 id 仍存储于对象头中

也就是偏(心)向某个线程了

3）测试禁用

在上面测试代码运行时在添加 VM 参数 -XX:-UseBiasedLocking`` 禁用偏向锁

11:13:10.018 c.TestBiased [t1] - synchronized 前
00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000001 
11:13:10.021 c.TestBiased [t1] - synchronized 中
00000000 00000000 00000000 00000000 00100000 00010100 11110011 10001000 
11:13:10.021 c.TestBiased [t1] - synchronized 后
00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000001

4) 测试 hashCode

在Dog d = new Dog();后加上一句 d.hashCode();

正常状态对象一开始是没有 hashCode 的，第一次调用才生成
调用了 hashCode() 后会撤销该对象的偏向锁

撤销(偏向) - 调用对象 hashCode

调用了对象的 hashCode，但偏向锁的对象 MarkWord 中存储的是线程 id，如果调用 hashCode 会导致偏向锁被撤销

轻量级锁会在锁记录中记录 hashCode
重量级锁会在 Monitor 中记录 hashCode

记得去掉 -XX:-UseBiasedLocking

在调用 hashCode 后使用偏向锁，

输出

11:22:10.386 c.TestBiased [main] - 调用 hashCode:1778535015 
11:22:10.391 c.TestBiased [t1] - synchronized 前
00000000 00000000 00000000 01101010 00000010 01001010 01100111 00000001 
11:22:10.393 c.TestBiased [t1] - synchronized 中
00000000 00000000 00000000 00000000 00100000 11000011 11110011 01101000 
11:22:10.393 c.TestBiased [t1] - synchronized 后
00000000 00000000 00000000 01101010 00000010 01001010 01100111 00000001

撤销(偏向) - 其它线程(错开)使用对象

当有其它线程使用偏向锁对象时，会将偏向锁升级为轻量级锁


private static void test2() throws InterruptedException {
    
    Dog d = new Dog();
    
    Thread t1 = new Thread(() -> {
        
        log.debug(ClassLayout.parseInstance(d).toPrintableSimple(true));
        synchronized (d) {
            log.debug(ClassLayout.parseInstance(d).toPrintableSimple(true));
        }
        log.debug(ClassLayout.parseInstance(d).toPrintableSimple(true));
        
        synchronized (TestBiased.class) {
            TestBiased.class.notify();
        }
        // 如果不用 wait/notify 使用 join 必须打开下面的注释
        // 因为：t1 线程不能结束，否则底层线程可能被 jvm 重用作为 t2 线程，底层线程 id 是一样的
        /*try {
            System.in.read();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }*/
    }, "t1");
    t1.start();
    
    Thread t2 = new Thread(() -> {
        synchronized (TestBiased.class) {
            try {
                TestBiased.class.wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        
        log.debug(ClassLayout.parseInstance(d).toPrintableSimple(true));
        synchronized (d) {
            log.debug(ClassLayout.parseInstance(d).toPrintableSimple(true));
        }
        log.debug(ClassLayout.parseInstance(d).toPrintableSimple(true));
        
    }, "t2");
    t2.start();
}

输出

撤销(偏向) - 调用 wait/notify

重量级锁才支持 wait/notify


public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
    Dog d = new Dog();
    
    Thread t1 = new Thread(() -> {
        log.debug(ClassLayout.parseInstance(d).toPrintableSimple(true));
        synchronized (d) {
            log.debug(ClassLayout.parseInstance(d).toPrintableSimple(true));
            try {
                d.wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            log.debug(ClassLayout.parseInstance(d).toPrintableSimple(true));
        }
    }, "t1");
    t1.start();
    
    new Thread(() -> {
        try {
            Thread.sleep(6000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        synchronized (d) {
            log.debug("notify");
            d.notify();
        }
    }, "t2").start();
}

输出

[t1] - 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000101 
[t1] - 00000000 00000000 00000000 00000000 00011111 10110011 11111000 00000101 
[t2] - notify 
[t1] - 00000000 00000000 00000000 00000000 00011100 11010100 00001101 11001010

批量重偏向

如果对象虽然被多个线程访问，但没有竞争，这时偏向了线程 T1 的对象仍有机会重新偏向 T2，重偏向会重置对象的 Thread ID

当(某类型对象)撤销偏向锁阈值超过 20 次后，jvm 会这样觉得，我是不是偏向错了呢，于是会在给(所有这种类型的状态为偏向锁的)对象加锁时重新偏向至新的加锁线程

private static void test3() throws InterruptedException {
    
    Vector<Dog> list = new Vector<>();
    
    Thread t1 = new Thread(() -> {
        for (int i = 0; i < 30; i++) {
            Dog d = new Dog();
            list.add(d);
            synchronized (d) {
                log.debug(i + "\t" + ClassLayout.parseInstance(d).toPrintableSimple(true));
            }
        }
        synchronized (list) {
            list.notify();
        }
    }, "t1");
    t1.start();

    Thread t2 = new Thread(() -> {
        synchronized (list) {
            try {
                list.wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        log.debug("===============> ");
        for (int i = 0; i < 30; i++) {
            Dog d = list.get(i);
            log.debug(i + "\t" + ClassLayout.parseInstance(d).toPrintableSimple(true));
            synchronized (d) {
                log.debug(i + "\t" + ClassLayout.parseInstance(d).toPrintableSimple(true));
            }
            log.debug(i + "\t" + ClassLayout.parseInstance(d).toPrintableSimple(true));
        }
    }, "t2");
    t2.start();
}

输出

[t1] - 0 00000000 00000000 00000000 00000000 00011111 11110011 11100000 00000101 
[t1] - 1 00000000 00000000 00000000 00000000 00011111 11110011 11100000 00000101 
[t1] - 2 00000000 00000000 00000000 00000000 00011111 11110011 11100000 00000101 
[t1] - 3 00000000 00000000 00000000 00000000 00011111 11110011 11100000 00000101 
[t1] - 4 00000000 00000000 00000000 00000000 00011111 11110011 11100000 00000101 
[t1] - 5 00000000 00000000 00000000 00000000 00011111 11110011 11100000 00000101 
[t1] - 6 00000000 00000000 00000000 00000000 00011111 11110011 11100000 00000101 
[t1] - 7 00000000 00000000 00000000 00000000 00011111 11110011 11100000 00000101 
[t1] - 8 00000000 00000000 00000000 00000000 00011111 11110011 11100000 00000101 
[t1] - 9 00000000 00000000 00000000 00000000 00011111 11110011 11100000 00000101 
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[t2] - 24 00000000 00000000 00000000 00000000 00011111 11110011 11110001 00000101
[t2] - 25 00000000 00000000 00000000 00000000 00011111 11110011 11100000 00000101 
[t2] - 25 00000000 00000000 00000000 00000000 00011111 11110011 11110001 00000101 
[t2] - 25 00000000 00000000 00000000 00000000 00011111 11110011 11110001 00000101 
[t2] - 26 00000000 00000000 00000000 00000000 00011111 11110011 11100000 00000101 
[t2] - 26 00000000 00000000 00000000 00000000 00011111 11110011 11110001 00000101 
[t2] - 26 00000000 00000000 00000000 00000000 00011111 11110011 11110001 00000101 
[t2] - 27 00000000 00000000 00000000 00000000 00011111 11110011 11100000 00000101 
[t2] - 27 00000000 00000000 00000000 00000000 00011111 11110011 11110001 00000101 
[t2] - 27 00000000 00000000 00000000 00000000 00011111 11110011 11110001 00000101 
[t2] - 28 00000000 00000000 00000000 00000000 00011111 11110011 11100000 00000101 
[t2] - 28 00000000 00000000 00000000 00000000 00011111 11110011 11110001 00000101 
[t2] - 28 00000000 00000000 00000000 00000000 00011111 11110011 11110001 00000101 
[t2] - 29 00000000 00000000 00000000 00000000 00011111 11110011 11100000 00000101 
[t2] - 29 00000000 00000000 00000000 00000000 00011111 11110011 11110001 00000101 
[t2] - 29 00000000 00000000 00000000 00000000 00011111 11110011 11110001 00000101

批量撤销(偏向)

当撤销偏向锁阈值超过 40 次后，jvm 会这样觉得，自己确实偏向错了，根本就不该偏向。于是整个类的所有对象都会变为不可偏向的，新建的该类型对象也是不可偏向的

static Thread t1,t2,t3;
private static void test4() throws InterruptedException {
    Vector<Dog> list = new Vector<>();
    
    int loopNumber = 39;
    t1 = new Thread(() -> {
        for (int i = 0; i < loopNumber; i++) {
            Dog d = new Dog();
            list.add(d);
            synchronized (d) {
                log.debug(i + "\t" + ClassLayout.parseInstance(d).toPrintableSimple(true));
            }
        }
        LockSupport.unpark(t2);
    }, "t1");
    t1.start();
    
    t2 = new Thread(() -> {
        LockSupport.park();
        log.debug("===============> ");
        for (int i = 0; i < loopNumber; i++) {
            Dog d = list.get(i);
            log.debug(i + "\t" + ClassLayout.parseInstance(d).toPrintableSimple(true));
            synchronized (d) {
                log.debug(i + "\t" + ClassLayout.parseInstance(d).toPrintableSimple(true));
            }
            log.debug(i + "\t" + ClassLayout.parseInstance(d).toPrintableSimple(true));
        }
        LockSupport.unpark(t3);
    }, "t2");
    t2.start();
    
    t3 = new Thread(() -> {
        LockSupport.park();
        log.debug("===============> ");
        for (int i = 0; i < loopNumber; i++) {
            Dog d = list.get(i);
            log.debug(i + "\t" + ClassLayout.parseInstance(d).toPrintableSimple(true));
            synchronized (d) {
                log.debug(i + "\t" + ClassLayout.parseInstance(d).toPrintableSimple(true));
            }
            log.debug(i + "\t" + ClassLayout.parseInstance(d).toPrintableSimple(true));
        }
    }, "t3");
    t3.start();
    
    t3.join();
    log.debug(ClassLayout.parseInstance(new Dog()).toPrintableSimple(true));
}

参考资料

https://github.com/farmerjohngit/myblog/issues/12

https://www.cnblogs.com/LemonFive/p/11246086.html

https://www.cnblogs.com/LemonFive/p/11248248.html

偏向锁论文: https://www.oracle.com/technetwork/java/biasedlocking-oopsla2006-wp-149958.pdf

锁膨胀

在尝试加轻量级锁的过程中，CAS 操作无法成功，可能是其它线程为此对象加上了轻量级锁（有竞争），这时需要进行锁膨胀，将轻量级锁变为重量级锁

当 Thread-1 进行轻量级加锁时，Thread-0 已经对该对象加了轻量级锁

Thread-1 加轻量级锁失败，进入锁膨胀流程：为 Object 对象申请 Monitor 锁，通过 Object 对象头获取到持锁线程，将 Monitor 的 Owner 置为 Thread-0，将 Object 的对象头指向重量级锁地址，然后自己进入 Monitor 的 EntryList BLOCKED

当 Thread-0 退出同步块解锁时，使用 CAS 将 Mark Word 的值恢复给对象头失败，这时进入重量级解锁流程，即按照 Monitor 地址找到 Monitor 对象，设置 Owner 为 null，唤醒 EntryList 中 BLOCKED 线程

锁优化

自旋优化 (竞争重量级锁时的)

自旋锁

重量级锁竞争时，尝试获取锁的线程不会立即阻塞（会上下文切换），可以使用自旋（默认 10 次）来进行优化，采用循环的方式去尝试获取锁

注意：

自旋占用 CPU 时间，单核 CPU 自旋就是浪费时间，因为同一时刻只能运行一个线程，多核 CPU 自旋才能发挥优势
自旋失败的线程会进入阻塞状态

优点：不会进入阻塞状态，减少线程上下文切换的消耗

缺点：当自旋的线程越来越多时，会不断的消耗 CPU 资源

自旋锁情况：

自旋重试成功的情况

自旋会占用 CPU 时间，单核 CPU 自旋就是浪费，多核 CPU 自旋才能发挥优势。
在 Java 6 之后自旋锁是自适应的，比如对象刚刚的一次自旋操作成功过，那么认为这次自旋成功的可能性会高，就多自旋几次；反之，就少自旋甚至不自旋，总之，比较智能。
Java 7 之后不能控制是否开启自旋功能

手写自旋锁

//手写自旋锁
public class SpinLock {
    // 泛型装的是Thread，原子引用线程
    AtomicReference<Thread> atomicReference = new AtomicReference<>();

    public void lock() {
        Thread thread = Thread.currentThread();
        System.out.println(thread.getName() + " come in");

        //开始自旋，期望值为null，更新值是当前线程
        while (!atomicReference.compareAndSet(null, thread)) {
            Thread.sleep(1000);
            System.out.println(thread.getName() + " 正在自旋");
        }
        System.out.println(thread.getName() + " 自旋成功");
    }

    public void unlock() {
        Thread thread = Thread.currentThread();

        //线程使用完锁把引用变为null
		atomicReference.compareAndSet(thread, null);
        System.out.println(thread.getName() + " invoke unlock");
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        SpinLock lock = new SpinLock();
        new Thread(() -> {
            //占有锁
            lock.lock();
            Thread.sleep(10000); 

            //释放锁
            lock.unlock();
        },"t1").start();

        // 让main线程暂停1秒，使得t1线程，先执行
        Thread.sleep(1000);

        new Thread(() -> {
            lock.lock();
            lock.unlock();
        },"t2").start();
    }
}

锁消除

锁消除是指 JIT即时编译器会对字节码做进一步优化，这是 JVM 即时编译器的优化

锁消除主要是通过逃逸分析来支持，如果堆上的共享数据不可能逃逸出去被其它线程访问到，那么就可以把它们当成私有数据对待，也就可以将它们的锁进行消除（同步消除：JVM 逃逸分析）


@Fork(1)
@BenchmarkMode(Mode.AverageTime)
@Warmup(iterations=3)
@Measurement(iterations=5)
@OutputTimeUnit(TimeUnit.NANOSECONDS)
public class MyBenchmark {
    static int x = 0;
    @Benchmark
    public void a() throws Exception {
        x++;
    }
    @Benchmark
    public void b() throws Exception {
        //这里的o是局部变量,不会被共享,JIT做热点代码优化时会做锁消除
        Object o = new Object();
        synchronized (o) {
            x++;
        }
    }
}

1	java -jar benchmarks.jar

发现两部分的差别并不大,甚至b加了锁比a没加锁还快

1	java -XX:-EliminateLocks -jar benchmarks.jar

使用 -XX:-EliminateLocks禁用锁消除后就会发现 b性能比a差劲多了

锁粗化

对相同对象多次加锁，导致线程发生多次重入，频繁的加锁操作就会导致性能损耗，可以使用锁粗化方式优化

如果虚拟机探测到一串的操作都对同一个对象加锁，将会把加锁的范围扩展（粗化）到整个操作序列的外部

一些看起来没有加锁的代码，其实隐式的加了很多锁：

1
2
3

public static String concatString(String s1, String s2, String s3) {
    return s1 + s2 + s3;
}

String 是一个不可变的类，编译器会对 String 的拼接自动优化。在 JDK 1.5 之前，转化为 StringBuffer 对象的连续 append() 操作，每个 append() 方法中都有一个同步块

public static String concatString(String s1, String s2, String s3) {
    StringBuffer sb = new StringBuffer();
    sb.append(s1);
    sb.append(s2);
    sb.append(s3);
    return sb.toString();
}

扩展到第一个 append() 操作之前直至最后一个 append() 操作之后，只需要加锁一次就可以

减少锁持有的时间

减少锁持有的时间指只在有线程安全要求的程序上加锁来尽量减少同步代码块对锁的持有时间。

减小锁粒度

减小锁粒度指将单个耗时较多的锁操作拆分为多个耗时较少的锁操作来增加锁的并

锁分离

锁分离指根据不同的应用场景将锁的功能进行分离，以应对不同的变化，最常见的锁分离思想就是读写锁(ReadWriteLock )，它根据锁的功能将锁分离成读锁和写锁，这样读读不互斥，读写互斥，写写互斥，既保证了线程的安全性，又提高了性能。
操作分离思想可以进一步延伸为只要操作互不影响，就可以进一步拆分，比如LinkedBlockingQueue从头部取出数据，并从尾部加入数据。

多把锁

多把不相干的锁：一间大屋子有两个功能睡觉、学习，互不相干。现在一人要学习，一人要睡觉，如果只用一间屋子（一个对象锁）的话，那么并发度很低

将锁的粒度细分：

好处，是可以增强并发度
坏处，如果一个线程需要同时获得多把锁，就容易发生死锁

解决方法：准备多个对象锁

public static void main(String[] args) {
    BigRoom bigRoom = new BigRoom();
    new Thread(() -> { bigRoom.study(); }).start();
    new Thread(() -> { bigRoom.sleep(); }).start();
}
class BigRoom {
    private final Object studyRoom = new Object();
    private final Object sleepRoom = new Object();

    public void sleep() throws InterruptedException {
        synchronized (sleepRoom) {
            System.out.println("sleeping 2 小时");
            Thread.sleep(2000);
        }
    }

    public void study() throws InterruptedException {
        synchronized (studyRoom) {
            System.out.println("study 1 小时");
            Thread.sleep(1000);
        }
    }
}

将锁的粒度细分

好处，是可以增强并发度
坏处，如果一个线程需要同时获得多把锁，就容易发生死锁

活跃性

死锁

形成

死锁：多个线程同时被阻塞，它们中的一个或者全部都在等待某个资源被释放，由于线程被无限期地阻塞，因此程序不可能正常终止

Java 死锁产生的四个必要条件：

互斥条件，即当资源被一个线程使用（占有）时，别的线程不能使用
不可剥夺条件，资源请求者不能强制从资源占有者手中夺取资源，资源只能由资源占有者主动释放
请求和保持条件，即当资源请求者在请求其他的资源的同时保持对原有资源的占有
循环等待条件，即存在一个等待循环队列：p1 要 p2 的资源，p2 要 p1 的资源，形成了一个等待环路

四个条件都成立的时候，便形成死锁。死锁情况下打破上述任何一个条件，便可让死锁消失

ublic class Dead {
    public static Object resources1 = new Object();
    public static Object resources2 = new Object();
    public static void main(String[] args) {
        new Thread(() -> {
            // 线程1：占用资源1 ，请求资源2
            synchronized(resources1){
                System.out.println("线程1已经占用了资源1，开始请求资源2");
                Thread.sleep(2000);//休息两秒，防止线程1直接运行完成。
                //2秒内线程2肯定可以锁住资源2
                synchronized (resources2){
                    System.out.println("线程1已经占用了资源2");
                }
        }).start();
        new Thread(() -> {
            // 线程2：占用资源2 ，请求资源1
            synchronized(resources2){
                System.out.println("线程2已经占用了资源2，开始请求资源1");
                Thread.sleep(2000);
                synchronized (resources1){
                    System.out.println("线程2已经占用了资源1");
                }
            }}
        }).start();
    }
}

定位

定位死锁的方法：

使用 jps 定位进程 id，再用 jstack id 定位死锁，找到死锁的线程去查看源码，解决优化

"Thread-1" #12 prio=5 os_prio=0 tid=0x000000001eb69000 nid=0xd40 waiting formonitor entry [0x000000001f54f000]
	java.lang.Thread.State: BLOCKED (on object monitor)
#省略    
"Thread-1" #12 prio=5 os_prio=0 tid=0x000000001eb69000 nid=0xd40 waiting for monitor entry [0x000000001f54f000]
	java.lang.Thread.State: BLOCKED (on object monitor)
#省略

Found one Java-level deadlock:
===================================================
"Thread-1":
    waiting to lock monitor 0x000000000361d378 (object 0x000000076b5bf1c0, a java.lang.Object),
    which is held by "Thread-0"
"Thread-0":
    waiting to lock monitor 0x000000000361e768 (object 0x000000076b5bf1d0, a java.lang.Object),
    which is held by "Thread-1"
    
Java stack information for the threads listed above:
===================================================
"Thread-1":
    at thread.TestDeadLock.lambda$main$1(TestDeadLock.java:28)
    - waiting to lock <0x000000076b5bf1c0> (a java.lang.Object)
    - locked <0x000000076b5bf1d0> (a java.lang.Object)
    at thread.TestDeadLock$$Lambda$2/883049899.run(Unknown Source)
    at java.lang.Thread.run(Thread.java:745)
"Thread-0":
    at thread.TestDeadLock.lambda$main$0(TestDeadLock.java:15)
    - waiting to lock <0x000000076b5bf1d0> (a java.lang.Object)
    - locked <0x000000076b5bf1c0> (a java.lang.Object)
    at thread.TestDeadLock$$Lambda$1/495053715

Linux 下可以通过 top 先定位到 CPU 占用高的 Java 进程，再利用 top -Hp 进程id 来定位是哪个线程，最后再用 jstack 的输出来看各个线程栈
避免死锁：避免死锁要注意加锁顺序
可以使用 jconsole 工具，在 jdk\bin 目录下

活锁

活锁：指的是任务或者执行者没有被阻塞，由于某些条件没有满足，导致一直重复尝试—失败—尝试—失败的过程

两个线程互相改变对方的结束条件，最后谁也无法结束：

class TestLiveLock {
    static volatile int count = 10;
    static final Object lock = new Object();
    public static void main(String[] args) {
        new Thread(() -> {
            // 期望减到 0 退出循环
            while (count > 0) {
                Thread.sleep(200);
                count--;
                System.out.println("线程一count:" + count);
            }
        }, "t1").start();
        new Thread(() -> {
            // 期望超过 20 退出循环
            while (count < 20) {
                Thread.sleep(200);
                count++;
                System.out.println("线程二count:"+ count);
            }
        }, "t2").start();
    }
}

饥饿

饥饿：一个线程由于优先级太低，始终得不到 CPU 调度执行，也不能够结束

wait-ify

基本使用

需要获取对象锁后才可以调用 锁对象.wait()，notify 随机唤醒一个线程，notifyAll 唤醒所有线程去竞争 CPU

Object 类 API：

public final void notify():唤醒正在等待对象监视器的单个线程。
public final void notifyAll():唤醒正在等待对象监视器的所有线程。
public final void wait():导致当前线程等待，直到另一个线程调用该对象的notify()方法或 notifyAll()方法。
public final native void wait(long timeout):有时限的等待, 到n毫秒后结束等待，或是被唤醒

obj.wait() 让进入 object 监视器的线程到 waitSet 等待
obj.notify() 在 object 上正在 waitSet 等待的线程中挑一个唤醒
obj.notifyAll() 让 object 上正在 waitSet 等待的线程全部唤醒

说明：wait 是挂起线程，需要唤醒的都是挂起操作，阻塞线程可以自己去争抢锁，挂起的线程需要唤醒后去争抢锁

package hm.waitNotify;

import lombok.extern.slf4j.Slf4j;

import java.util.concurrent.TimeUnit;

@Slf4j
public class TestWaitNotify {

    final static Object obj = new Object();

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        new Thread(() -> {
            
            synchronized (obj) {
                log.debug("执行....");
                try {
//                    放入waitset中，此时已经无锁
                    obj.wait(1); // 让线程在obj上一直等待下去
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                log.debug("其它代码....");
            }
        }).start();

        new Thread(() -> {
            synchronized (obj) {
                log.debug("执行....");
                try {
//                    获取锁之后，放入waitSet中
                    obj.wait(); // 让线程在obj上一直等待下去
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                log.debug("其它代码....");
            }
        }).start();

        // 主线程两秒后执行
        TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(2);
        log.debug("唤醒 obj 上其它线程");
        synchronized (obj) {
            obj.notify(); // 唤醒obj上一个线程
//             obj.notifyAll(); // 唤醒obj上所有等待线程
        }
    }
}

notifyAll 的结果

19:58:15.457 [Thread-0] c.TestWaitNotify - 执行.... 
19:58:15.460 [Thread-1] c.TestWaitNotify - 执行.... 
19:58:17.456 [main] c.TestWaitNotify - 唤醒 obj 上其它线程
19:58:17.456 [Thread-1] c.TestWaitNotify - 其它代码.... 
19:58:17.456 [Thread-0] c.TestWaitNotify - 其它代码....

19:58:15.457 [Thread-0] c.TestWaitNotify - 执行….
19:58:15.460 [Thread-1] c.TestWaitNotify - 执行….
19:58:17.456 [main] c.TestWaitNotify - 唤醒 obj 上其它线程
19:58:17.456 [Thread-1] c.TestWaitNotify - 其它代码….
19:58:17.456 [Thread-0] c.TestWaitNotify - 其它代码….

对比 sleep()：

原理不同：sleep() 方法是属于 Thread 类，是线程用来控制自身流程的，使此线程暂停执行一段时间而把执行机会让给其他线程；wait() 方法属于 Object 类，用于线程间通信
对锁的处理机制不同：调用 sleep() 方法的过程中，线程不会释放对象锁，当调用 wait() 方法的时候，线程会放弃对象锁，进入等待此对象的等待锁定池（不释放锁其他线程怎么抢占到锁执行唤醒操作），但是都会释放 CPU
使用区域不同：wait() 方法必须放在同步控制方法和同步代码块（先获取锁）中使用，sleep() 方法则可以放在任何地方使用

底层原理：

Owner 线程发现条件不满足不能一直等待，调用 wait 方法，即可进入 WaitSet 变为 WAITING 状态
BLOCKED 和 WAITING 的线程都处于阻塞状态，不占用 CPU 时间片
BLOCKED 线程会在 Owner 线程释放锁时唤醒
WAITING 线程会在 Owner 线程调用 notify 或 notifyAll 时唤醒，唤醒后并不意味者立刻获得锁，需要进入 EntryList 重新竞争

样例：

package hm.waitNotify;

import lombok.extern.slf4j.Slf4j;

import java.util.concurrent.TimeUnit;

@Slf4j
public class sleepTest {
    static final Object room = new Object();
    static boolean hasCigarette = false;
    static boolean hasTakeout = false;

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        new Thread(() -> {
            synchronized (room) {
                log.debug("有烟没？[{}]", hasCigarette);
                if (!hasCigarette) {
                    log.debug("没烟，先歇会！");
                    try {
                        TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(5000);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }

                }
                log.debug("有烟没？[{}]", hasCigarette);
                if (hasCigarette) {
                    log.debug("可以开始干活了");
                }
            }
        }, "小南").start();

        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            new Thread(() -> {
                synchronized (room) {
                    log.debug("可以开始干活了");
                }
            }, "其它人").start();
        }
        TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(2000);

        new Thread(() -> {
            // 这里能不能加 synchronized (room)？ 不能
            hasCigarette = true;
            log.debug("烟到了噢！");
        }, "送烟的").start();

    }

}

其它干活的线程，都要一直阻塞，效率太低
小南线程必须睡足 2s 后才能醒来，就算烟提前送到，也无法立刻醒来
加了 synchronized (room) 后，就好比小南在里面反锁了门睡觉，烟根本没法送进门，main 没加 synchronized 就好像 main 线程是翻窗户进来的
sleep妨碍其它人干活解决方法，使用 wait - notify

package hm.waitNotify;

import lombok.extern.slf4j.Slf4j;

import static java.lang.Thread.sleep;

@Slf4j
public class TestNotify {
    static final Object room = new Object();
    static boolean hasCigarette = false;
    static boolean hasTakeout = false;

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        new Thread(() -> {
            synchronized (room) {
                log.debug("有烟没？[{}]", hasCigarette);
                if (!hasCigarette) {
                    log.debug("没烟，先歇会！");
                    try {
//                        释放锁
                        room.wait();
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
                log.debug("有烟没？[{}]", hasCigarette);
                if (hasCigarette) {
                    log.debug("可以开始干活了");
                }
            }
        }, "小南").start();
//允许执行
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            new Thread(() -> {
                synchronized (room) {
                    log.debug("可以开始干活了");
                }
            }, "其它人").start();
        }

        sleep(3000);
        new Thread(() -> {
            synchronized (room) {
                hasCigarette = true;
                log.debug("烟到了噢！");
                room.notify();
            }
        }, "送烟的").start();
    }
}

解决了其它干活的线程阻塞的问题
但如果有其它线程也在等待条件呢？

虚假唤醒：

虚假唤醒：notify 只能随机唤醒一个 WaitSet 中的线程，这时如果有其它线程也在等待，那么就可能唤醒不了正确的线程

解决方法：采用 notifyAll

notifyAll 仅解决某个线程的唤醒问题，使用 if + wait 判断仅有一次机会，一旦条件不成立，无法重新判断

解决方法：用 while + wait，当条件不成立，再次 wait

@Slf4j(topic = "c.demo")
public class demo {
    static final Object room = new Object();
    static boolean hasCigarette = false;    //有没有烟
    static boolean hasTakeout = false;

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        new Thread(() -> {
            synchronized (room) {
                log.debug("有烟没？[{}]", hasCigarette);
                while (!hasCigarette) {//while防止虚假唤醒
                    log.debug("没烟，先歇会！");
                    try {
                        room.wait();
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
                log.debug("有烟没？[{}]", hasCigarette);
                if (hasCigarette) {
                    log.debug("可以开始干活了");
                } else {
                    log.debug("没干成活...");
                }
            }
        }, "小南").start();

        new Thread(() -> {
            synchronized (room) {
                Thread thread = Thread.currentThread();
                log.debug("外卖送到没？[{}]", hasTakeout);
                if (!hasTakeout) {
                    log.debug("没外卖，先歇会！");
                    try {
                        room.wait();
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
                log.debug("外卖送到没？[{}]", hasTakeout);
                if (hasTakeout) {
                    log.debug("可以开始干活了");
                } else {
                    log.debug("没干成活...");
                }
            }
        }, "小女").start();


        Thread.sleep(1000);
        new Thread(() -> {
        // 这里能不能加 synchronized (room)？
            synchronized (room) {
                hasTakeout = true;
				//log.debug("烟到了噢！");
                log.debug("外卖到了噢！");
                room.notifyAll();
            }
        }, "送外卖的").start();
    }
}

park-un

LockSupport 是用来创建锁和其他同步类的线程原语

LockSupport 类方法：

LockSupport.park()：暂停当前线程，挂起原语
LockSupport.unpark(暂停的线程对象)：恢复某个线程的运行


@Slf4j
public class TestParkUnpark {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread t1 = new Thread(() -> {
            log.debug("start...");
            try {
                sleep(2000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            log.debug("park...");
//  先 park 再 unpark 和先 unpark 再 park 效果一样，都会直接恢复线程的运行
      
            LockSupport.park();
            log.debug("resume...");
        },"t1");
        t1.start();

        sleep(1000);
        log.debug("unpark...");
        LockSupport.unpark(t1);
    }
}

LockSupport 出现就是为了增强 wait & notify 的功能：

wait，notify 和 notifyAll 必须配合 Object Monitor 一起使用，而 park、unpark 不需要
park & unpark 以线程为单位来阻塞和唤醒线程，而 notify 只能随机唤醒一个等待线程，notifyAll 是唤醒所有等待线程
park & unpark 可以先 unpark，而 wait & notify 不能先 notify。类比生产消费，先消费发现有产品就消费，没有就等待；先生产就直接产生商品，然后线程直接消费
wait 会释放锁资源进入等待队列，park 不会释放锁资源，只负责阻塞当前线程，会释放 CPU

原理之 park & unpark

每个线程都有自己的一个(C代码实现的) Parker 对象，由三部分组成 _counter ， _cond 和_mutex

先调用park 再调用unpark

当前线程调用 Unsafe.park() 方法
检查 _counter ，本情况为 0，这时，获得 _mutex 互斥锁
线程进入 _cond 条件变量阻塞
设置 _counter = 0

调用 Unsafe.unpark(Thread_0) 方法，设置 _counter 为 1
唤醒 _cond 条件变量中的 Thread_0
Thread_0 恢复运行
设置 _counter 为 0

先调用unpark 再调用park

调用 Unsafe.unpark(Thread_0) 方法，设置 _counter 为 1
当前线程调用 Unsafe.park() 方法
检查 _counter ，本情况为 1，这时线程无需阻塞，继续运行
设置 _counter 为 0

同步模式

保护性暂停

单任务版

Guarded Suspension，用在一个线程等待另一个线程的执行结果

有一个结果需要从一个线程传递到另一个线程，让它们关联同一个 GuardedObject
如果有结果不断从一个线程到另一个线程那么可以使用消息队列（见生产者/消费者）
JDK 中，join 的实现、Future 的实现，采用的就是此模式
因为要等待另一方的结果，因此归类到同步模式

@Slf4j
public class TestDownLoader {

    private Object response;
    private final Object lock = new Object();

    public Object get(){
        synchronized(lock){
//            条件不满足则等待
            while (response ==null){
                try {
                    lock.wait();
                }catch (InterruptedException e){
                    e.printStackTrace();
                }
            }

        }
        return response;
    }

    public  void complete(Object response){
        synchronized(lock){
//            条件满足，则通知等待线程
            this.response = response;
            lock.notifyAll();
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        TestDownLoader testDownLoader = new TestDownLoader();
        new Thread(() -> {
            try {

                // 子线程执行下载
                List<String> response = Downloader.download();
                log.debug("download complete...");
                testDownLoader.complete(response);
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }).start();
        log.debug("waiting...");

        // 主线程阻塞等待
        Object response = testDownLoader.get();
        log.debug("get response: [{}] lines", ((List<String>) response).size());

    }



}

09:09:20.680 [main] DEBUG hm.waitNotify.TestDownLoader - waiting...
09:09:22.105 [Thread-0] DEBUG hm.waitNotify.TestDownLoader - download complete...
09:09:22.105 [main] DEBUG hm.waitNotify.TestDownLoader - get response: [3] lines

Process finished with exit code 0

带超时版 GuardedObject

如果要控制超时时间呢

package hm.waitNotify;

import lombok.extern.slf4j.Slf4j;

import java.util.Arrays;
import java.util.List;

import static java.lang.Thread.sleep;

@Slf4j
public class GuardedObjectV2 {

    private  Object response;
    private  final  Object lock= new Object();

    public  Object get(long millis) {
        synchronized(lock){
//            记录最初的时间

            long begin = System.currentTimeMillis();
//            已经经历的时间
            long timePassed =0;
            while (response == null){
                // 4) 假设 millis 是 1000，结果在 400 时唤醒了，那么还有 600 要等
                long waitTime = millis - timePassed;
                log.debug("waitTime: {}", waitTime);

                if (waitTime <= 0) {
                    log.debug("break...");
                    break;
                }

                try {
                    lock.wait(waitTime);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }

                // 3) 如果提前被唤醒，这时已经经历的时间假设为 400
                timePassed = System.currentTimeMillis() - begin;

                log.debug("timePassed: {}, object is null {}",
                        timePassed, response == null);
            }
            return response;
        }



    }
    public void complete(Object response) {
        synchronized (lock) {
            // 条件满足，通知等待线程
            this.response = response;
            log.debug("notify...");
            lock.notifyAll();
        }
    }
    public static void main(String[] args) {
        GuardedObjectV2 v2 = new GuardedObjectV2();

        new Thread(() -> {
            try {
                sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            v2.complete(null);
            try {
                sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            v2.complete(Arrays.asList("a", "b", "c"));
        }).start();

        Object response = v2.get(1500);
        if (response != null) {
            log.debug("get response: [{}] lines", ((List<String>) response).size());
        } else {
            log.debug("can't get response");
        }

    }
}

1	Object response = v2.get(2500);

未有超时：

09:22:10.818 [main] DEBUG hm.waitNotify.GuardedObjectV2 - waitTime: 2500
09:22:11.822 [Thread-0] DEBUG hm.waitNotify.GuardedObjectV2 - notify...
09:22:11.822 [main] DEBUG hm.waitNotify.GuardedObjectV2 - timePassed: 1007, object is null true
09:22:11.822 [main] DEBUG hm.waitNotify.GuardedObjectV2 - waitTime: 1493
09:22:12.834 [Thread-0] DEBUG hm.waitNotify.GuardedObjectV2 - notify...
09:22:12.834 [main] DEBUG hm.waitNotify.GuardedObjectV2 - timePassed: 2019, object is null false
09:22:12.834 [main] DEBUG hm.waitNotify.GuardedObjectV2 - get response: [3] lines

测试，超时:

1 2	// 等待时间不足 List<String> lines = v2.get(1500);

输出

09:19:16.456 [main] DEBUG hm.waitNotify.GuardedObjectV2 - waitTime: 1500
09:19:17.458 [Thread-0] DEBUG hm.waitNotify.GuardedObjectV2 - notify...
09:19:17.458 [main] DEBUG hm.waitNotify.GuardedObjectV2 - timePassed: 1004, object is null true
09:19:17.458 [main] DEBUG hm.waitNotify.GuardedObjectV2 - waitTime: 496
09:19:17.964 [main] DEBUG hm.waitNotify.GuardedObjectV2 - timePassed: 1510, object is null true
09:19:17.964 [main] DEBUG hm.waitNotify.GuardedObjectV2 - waitTime: -10
09:19:17.964 [main] DEBUG hm.waitNotify.GuardedObjectV2 - break...
09:19:17.964 [main] DEBUG hm.waitNotify.GuardedObjectV2 - can't get response
09:19:18.471 [Thread-0] DEBUG hm.waitNotify.GuardedObjectV2 - notify...

原理之 join

public final synchronized void join(long millis)
    throws InterruptedException {
        long base = System.currentTimeMillis();
        long now = 0;

        if (millis < 0) {
            throw new IllegalArgumentException("timeout value is negative");
        }

        if (millis == 0) {
            while (isAlive()) {
                wait(0);
            }
        } else {
            while (isAlive()) {
                long delay = millis - now;
                if (delay <= 0) {
                    break;
                }
                wait(delay);
                now = System.currentTimeMillis() - base;
            }
        }
    }

多任务版 GuardedObject :

图中 Futures 就好比居民楼一层的信箱（每个信箱有房间编号），左侧的 t0，t2，t4 就好比等待邮件的居民，右

侧的 t1，t3，t5 就好比邮递员

如果需要在多个类之间使用 GuardedObject 对象，作为参数传递不是很方便，因此设计一个用来解耦的中间类，

这样不仅能够解耦【结果等待者】和【结果生产者】，还能够同时支持多个任务的管理

新增id用来标识Guarded Object

public class GuardedObject {
//    标识Guarded Object

    private  int id ;

    public GuardedObject(int id) {
        this.id = id;
    }

    public int getId() {
        return id;
    }

   private  Object response;
//    获取结果
//    timeout 表示要等待多久 2000
    public  Object get(long timeout){

        synchronized (this) {
            // 开始时间 15:00:00
            long begin = System.currentTimeMillis();
            // 经历的时间
            long passedTime = 0;
            while (response == null) {
                // 这一轮循环应该等待的时间
                long waitTime = timeout - passedTime;
                // 经历的时间超过了最大等待时间时，退出循环
                if (timeout - passedTime <= 0) {
                    break;
                }
                try {
                    this.wait(waitTime); // 虚假唤醒 15:00:01
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                // 求得经历时间
                passedTime = System.currentTimeMillis() - begin; // 15:00:02 1s
            }
            return response;
        }
    }
    // 产生结果
    public void complete(Object response) {
        synchronized (this) {
            // 给结果成员变量赋值
            this.response = response;
            this.notifyAll();
        }
    }

}

Mailboxes

public class Mailboxes {

    private  static  Map<Integer, GuardedObject> boxes = new Hashtable<>();

    private static int id = 1;

    // 产生唯一 id
    private static synchronized int generateId() {
        return id++;
    }

    public static GuardedObject getGuardedObject(int id) {
        return boxes.remove(id);
    }

    public static GuardedObject createGuardedObject() {
        GuardedObject go = new GuardedObject(generateId());
        boxes.put(go.getId(), go);
        return go;
    }

    public static Set<Integer> getIds() {
        return boxes.keySet();
    }

}

People

@Slf4j
public class People extends Thread {

    @Override
    public void run() {
//        收信
        GuardedObject guardedObject = Mailboxes.createGuardedObject();
        log.debug("开始收信：id{}", guardedObject.getId());
        Object mail =guardedObject.get(5000);
        log.debug("收到信 id:{}, 内容:{}", guardedObject.getId(), mail);
    }

}

public class Test {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
//        sho
        for (int i = 0; i < 3; i++) {
            new People().start();
        }
        TimeUnit.SECONDS.sleep(1);//time_waiting

        for (Integer id : Mailboxes.getIds()) {
            new Postman(id, "内容" + id).start();
        }
    }
}

@Slf4j
public class Postman extends  Thread {

    private int id;
    private String mail;
    public Postman(int id, String mail) {
        this.id = id;
        this.mail = mail;
    }
    @Override
    public void run() {
        GuardedObject guardedObject = Mailboxes.getGuardedObject(id);
        log.debug("送信 id:{}, 内容:{}", id, mail);
        guardedObject.complete(mail);
    }
}

09:44:05.870 [Thread-0] DEBUG hm.waitNotify.Guarder.People - 开始收信：id1
09:44:05.870 [Thread-1] DEBUG hm.waitNotify.Guarder.People - 开始收信：id3
09:44:05.870 [Thread-2] DEBUG hm.waitNotify.Guarder.People - 开始收信：id2
09:44:06.876 [Thread-4] DEBUG hm.waitNotify.Guarder.Postman - 送信 id:2, 内容:内容2
09:44:06.876 [Thread-3] DEBUG hm.waitNotify.Guarder.Postman - 送信 id:3, 内容:内容3
09:44:06.877 [Thread-2] DEBUG hm.waitNotify.Guarder.People - 收到信 id:2, 内容:内容2
09:44:06.877 [Thread-1] DEBUG hm.waitNotify.Guarder.People - 收到信 id:3, 内容:内容3
09:44:06.877 [Thread-5] DEBUG hm.waitNotify.Guarder.Postman - 送信 id:1, 内容:内容1
09:44:06.877 [Thread-0] DEBUG hm.waitNotify.Guarder.People - 收到信 id:1, 内容:内容1

(异步)模式之生产者/消费者

1. 定义

要点

与前面的保护性暂停中的 GuardObject 不同，不需要产生结果和消费结果的线程一一对应
消费队列可以用来平衡生产和消费的线程资源
生产者仅负责产生结果数据，不关心数据该如何处理，而消费者专心处理结果数据
消息队列是有容量限制的，满时不会再加入数据，空时不会再消耗数据
JDK 中各种阻塞队列，采用的就是这种模式

2. 实现

package hm.waitNotify.queue;

public class Message {
    private int id;
    private Object message;
    public Message(int id, Object message) {
        this.id = id;
        this.message = message;
    }
    public int getId() {
        return id;
    }
    public Object getMessage() {
        return message;
    }
}

package hm.waitNotify.queue;

import lombok.extern.slf4j.Slf4j;

import java.util.LinkedList;
@Slf4j
public class MessageQueue {
    private LinkedList<Message> queue;
    private int capacity;

    public MessageQueue(int capacity) {
        this.capacity = capacity;
        queue = new LinkedList<>();
    }

    public Message take() {
        synchronized (queue) {
            while (queue.isEmpty()) {
                log.debug("没货了, wait");
                try {
                    queue.wait();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
            Message message = queue.removeFirst();
            queue.notifyAll();
            return message;
        }
    }
    public void put(Message message) {
        synchronized (queue) {
            while (queue.size() == capacity) {
                log.debug("库存已达上限, wait");
                try {
                    queue.wait();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
            queue.addLast(message);
            queue.notifyAll();
        }
    }
}

Test

package hm.waitNotify.queue;

import hm.waitNotify.Downloader;
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;

import java.io.IOException;
import java.util.List;

@Slf4j
public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        MessageQueue messageQueue = new MessageQueue(2);

// 4 个生产者线程, 下载任务
        for (int i = 0; i < 4; i++) {
            int id = i;
            new Thread(() -> {
                try {
                    log.debug("download...");
                    List<String> response = Downloader.download();
                    log.debug("try put message({})", id);
                    messageQueue.put(new Message(id, response));
                } catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }, "生产者" + i).start();
        }

// 1 个消费者线程, 处理结果
        new Thread(() -> {
            while (true) {
                Message message = messageQueue.take();
                List<String> response = (List<String>) message.getMessage();
                log.debug("take message({}): [{}] lines", message.getId(), response.size());
            }
        }, "消费者").start();
    }
}