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Java 多线程进阶：锁策略、CAS 与 JUC 组件详解
Java 多线程进阶涵盖常见锁策略对比，包括悲观乐观、重量级轻量级、挂起自旋、读写互斥、可重入及公平性分析。重点解析 synchronized 锁升级机制（偏向锁至重量级锁）及优化措施如锁消除与粗化。深入探讨 CAS 原理、应用场景及 ABA 问题解决方案。最后介绍 JUC 核心组件 Callable、ReentrantLock、Semaphore 和 CountDownLatch 的使用与区别。
Java 多线程进阶涵盖常见锁策略对比，包括悲观乐观、重量级轻量级、挂起自旋、读写互斥、可重入及公平性分析。重点解析 synchronized 锁升级机制（偏向锁至重量级锁）及优化措施如锁消除与粗化。深入探讨 CAS 原理、应用场景及 ABA 问题解决方案。最后介绍 JUC 核心组件 Callable、ReentrantLock、Semaphore 和 CountDownLatch 的使用与区别。
悲观和乐观是指锁竞争的激烈情况。
这两种锁就对应上述的悲观乐观情况下的处理机制。
这又是对上面的重量级与轻量级锁的典型实现。
这两种锁是针对加锁解锁时的线程安全问题。
这组锁就是针对同一个线程多次嵌套获取同一把锁。
这组锁是针对线程获取锁的概率设置的。
锁策略如下：
synchronized 的自适应过程称为锁升级：无锁 -> 偏向锁 -> 自旋锁 -> 重量级锁。
除了上面的 synchronized 锁升级以外，还有以下的优化措施：
锁粗化：一个代码对细粒度的代码反复加锁解锁，就会将这个步骤优化为更粗粒度的加锁解锁。
CAS: 全称 Compare and swap，字面意思：'比较并交换'，一个 CAS 涉及到以下操作：
我们假设内存中的原数据 V，旧的预期值 A，需要修改的新值 B。比较 A 与 V 是否相等。（比较）如果比较相等，将 B 写入 V。（交换）返回操作是否成功。
伪代码表示如下：
boolean CAS(address, expectValue, swapValue) {
if (&address == expectedValue) {
&address = swapValue;
return true;
}
return false;
}
原子类：特指 java.util.concurrent.atomic 包下的类，这些类中的操作都是原子的。
例如执行下面这段代码：结果就一直是 100000。
import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;
public class Demo {
private static AtomicInteger count = new AtomicInteger(0);
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
Thread thread1 = new Thread(() -> {
for (int i = 0; i < 50000; i++) {
count.incrementAndGet();
}
});
Thread thread2 = new Thread(() -> {
for (int i = 0; i < 50000; i++) {
count.incrementAndGet();
}
});
thread1.start();
thread2.start();
thread1.join();
thread2.join();
System.out.println(count.get());
}
}
原子类线程安全的原理：
假设两个线程同时调用 getAndIncrement：两个线程都读取 value 的值到 oldValue 中。(oldValue 是一个局部变量，在栈上，每个线程有自己的栈) 线程 1 先执行 CAS 操作。由于 oldValue 和 value 的值相同，直接进行对 value 赋值。 线程 2 再执行 CAS 操作，第一次 CAS 的时候发现 oldValue 和 value 不相等，不能进行赋值。因此需要进入循环。在循环里重新读取 value 的值赋给 oldValue。 线程 2 接下来第二次执行 CAS，此时 oldValue 和 value 相同，于是直接执行赋值操作。
线程 1 和 线程 2 返回各自的 oldValue 的值即可。
基于 CAS 实现更灵活的自旋锁，获取到更多的控制权。
主要逻辑如下：
伪代码描述如下：
public class SpinLock {
private Thread owner = null;
public void lock() {
while (!CAS(this.owner, null, Thread.currentThread())) {
}
}
public void unlock() {
this.owner = null;
}
}
假设存在两个线程 t1 和 t2。有一个共享变量 num，初始值为 A。 接下来，线程 t1 想使用 CAS 把 num 值改成 Z，那么就需要先读取 num 的值，记录到 oldNum 变量中。 使用 CAS 判定当前 num 的值是否为 A，如果为 A，就修改成 Z。 但是，在 t1 执行这两个操作之间，t2 线程可能把 num 的值从 A 改成了 B，又从 B 改成了 A。 线程 t1 的 CAS 是期望 num 不变就修改。但是 num 的值已经被 t2 给改了。只不过又改成 A 了。这 个时候 t1 究竟是否要更新 num 的值为 Z。就不符合预期出现 Bug。
过程图：
Bug 例子：
假如你去取钱有 1000，取 500，不小心按了两次取款，我们只想扣一次 500，第一次按相当于 T2，第二次按相当于 T1，先执行 T2 读取操作修改为 500，这时又正好有人给你汇款了 500，内存中与寄存器中又相等了，T1 扣款的操作也会执行成功。
造成 ABA 问题的原因就是内存值既有加又有减，所以我们的解决 ABA 的方式如下。
给要修改的值，引入版本号。在 CAS 比较数据当前值和旧值的同时，也要比较版本号是否符合预期。 CAS 操作在读取旧值的同时，也要读取版本号。 真正修改的时候：
JUC 组件就是指 java.util.concurrent 这个包下面的类。
Callable 接口就和 java.lang 包下的 Runnable 接口的定位差不多，只不过给了我们一个返回值，在 Runnable 接口要重写 run 方法，而在 Callable 接口中要重写 call 方法。
在使用 Callable 接口传入线程时需要借助 JUC 下的另一个类 FutureTask。
使用例子一般如下：
public class Demo {
public static void main(String[] args) {
//创建实现了 Callable 接口的方法
Callable<Integer> callable = new Callable<Integer>() {
@Override
public Integer call() throws Exception {
return null;
}
};
//将实现 Callable 接口的对象作为参数传入 FutureTask，泛型参数要一致
FutureTask<Integer> futureTask = new FutureTask<>(callable);
//将 FutureTask 对象作为参数传入 Thread
Thread thread = new Thread(futureTask);
}
}
ReentrantLock 类可重入互斥锁，和 synchronized 的定位是差不多的。
ReentrantLock 的用法:
ReentrantLock locker = new ReentrantLock();
try {
locker.lock();
} finally {
locker.unlock();
}
ReentrantLock 与 synchronized 的区别：
ReentrantLock 还提供了公平锁的实现，默认是非公平锁，但是构造方法传参 true 实现公平锁。
信号量,：用来表示'可用资源的个数'。本质上就是一个计数器，能够协调多个线程之间的资源调配。 最主要的就是申请资源（P 操作，调用 acquire 方法）释放资源（V 操作，调用 release 方法）
可以把信号量想象成是停车场的展示牌：当前有车位 100 个。表示有 100 个可用资源。当有车开进去的时候，就相当于申请一个可用资源，可用车位就 -1 (这个称为信号量的 P 操作) 当有车开出来的时候，就相当于释放一个可用资源，可用车位就 +1 (这个称为信号量的 V 操作) 如果计数器的值已经为 0 了，还尝试申请资源，就会阻塞等待，直到有其他线程释放资源.
CountDownLatch 类的作用：同时等待 N 个任务执行结束。（就像跑步比赛，10 个选手依次就位，哨声响才同时出发；所有选手都通过终点，才能公布成绩。）
使用多线程的时候，经常会把一个大任务拆分为多个子任务，使用 CountDownLatch 衡量子任务完成，让整个任务完成。
主线程中使用 await() 方法; 阻塞等待所有任务执行完毕后 wait 结束。相当于计数器为 0 了。
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