92. 你说你精通Java并发，那给我讲讲JUC吧（一）

J.U.C

J.U.C即java.util.concurrent包，为我们提供了很多高性能的并发类，可以说是java并发的核心。

J.U.C和CAS和Unsafe和AQS

Concurrent包下所有类底层都是依靠CAS操作来实现，而sun.misc.Unsafe为我们提供了一系列的CAS操作。

AQS框架是J.U.C中实现锁及同步机制的基础，其底层是通过调用 LockSupport .unpark()和 LockSupport .park()实现线程的阻塞和唤醒。

J.U.C框架

J.U.C的整个框架分为5个部分：tools、locks、collections、executor和atomic。

Atomic

该包下主要是一些原子变量类，仅依赖于Unsafe，并且被其他模块所依赖。

Locks

该包下主要是关于锁及其相关类，仅依赖于Unsafe或内部依赖，并且被其他高级模块所依赖。由于LockSupport类底层逻辑简单且仅依赖Unsafe，同时为其他高级模块所依赖，所以需要先了解LockSupport类的运行原理，然后重点研究AbstractQueuedSynchronizer框架，理解独占锁和共享锁的实现原理，并清楚Condition如何与AbstractQueuedSynchronizer进行协作，最后很容易就能理解ReentrantLock是如何实现的。

Collections

该包会依赖Unsafe和前两个基础模块，并且模块内部各个容器间相互较为独立，所以没有固定的学习顺序，理解编程中常用的集合类原理即可：ConcurrentHashMap、CopyOnWriteArrayList、CopyOnWriteArraySet、ArrayBlockingQueue、LinkedBlockingQueue（阻塞队列在线程池中有使用，所以理解常用阻塞队列的特性很重要）。

Executor

这一部分的核心是线程池的运行原理，也是实际应用中较多的部分，会依赖于前几个模块。首先了解Callable、Future、RunnableFuture三个接口间的关系以及FutureTask的实现原理，然后研究如何创建ThreadPoolExecutor，如何运行一个任务，如何管理自身的线程，同时了解RejectedExecutionHandler的四种实现差异，最后，在实际应用中学习如何通过调整ThreadPoolExecutor的参数来优化线程池。

Tools

这一部分是以前面几个模块为基础的高级特性模块，实际应用的场景相对较少，主要应用在多线程间相互依赖执行结果场景，没有具体的学习顺序，最好CountDownLatch、CyclicBarrier、Semaphore、Exchanger、Executors都了解下，对后面学习Guava的框架有帮助。

参考:

J.U.C框架学习顺序

CAS与sun.misc.Unsafe

Doug Lea并发编程文章全部译文

J.U.C体系结构(java.util.concurrent)

JAVA并发编程J.U.C学习总结

J.U.C - AQS

可重入锁

ReentrantLock是可重入锁，可重入锁就是当前持有该锁的线程能够多次获取该锁，无需等待。可重入锁是如何实现的呢？这要从ReentrantLock的一个内部类Sync的父类说起，Sync的父类是AbstractQueuedSynchronizer（AQS，抽象队列同步器）。

AQS

AQS是JDK1.5提供的一个基于FIFO等待队列实现的一个用于实现同步器的基础框架，这个基础框架的重要性可以这么说，JCU包里面几乎所有的有关锁、多线程并发以及线程同步器等重要组件的实现都是基于AQS这个框架。AQS的核心思想是基于 volatileintstate这样的一个属性同时配合Unsafe工具对其原子性的操作来实现对当前锁的状态进行修改。当state的值为0的时候，标识该Lock不被任何线程所占有。

ReentrantLock锁的架构

ReentrantLock的架构主要包括一个Sync的内部抽象类以及Sync抽象类的两个实现类。他们的结构示意图如下：

如上图所示，AQS的父类AOS(AbstractOwnableSynchronizer)主要提供一个exclusiveOwnerThread属性，用于关联当前持有该锁的线程。  另外、Sync的两个实现类分别是NonfairSync和FairSync，一个是用于实现公平锁，一个是用于实现非公平锁。那么Sync为什么要被设计成内部类呢？Sync被设计成为安全的外部不可访问的内部类，使得ReentrantLock中所有涉及对AQS的访问都要经过Sync，其实，Sync被设计成为内部类主要是为了安全性考虑，这也是作者在AQS的comments上强调的一点。

AQS框架

总体框架图

如上图所示和前面所述，AQS维护了一个volatile int state域和一个FIFO线程等待队列（利用双向链表实现，多线程争用资源被阻塞时会进入此队列）。

域和方法

主要的域如下：

private transient volatile Node head; // 同步队列的head节点
private transient volatile Node tail; // 同步队列的tail节点
private volatile int state; // 同步状态

AQS提供的可以修改同步状态的3个方法

protected final int getState();　　// 获取同步状态
protected final void setState(int newState);　　// 设置同步状态
protected final boolean compareAndSetState(int expect, int update);　　// CAS设置同步状态

这三种叫做均是原子操作，其中compareAndSetState的实现依赖于Unsafe的compareAndSwapInt()方法。代码实现如下：

private volatile int state;
protected final int getState() {   
    return state;
}
protected final void setState(int newState) {    
    state = newState;
}
protected final boolean compareAndSetState(int expect, int update) {    
    // See below for intrinsics setup to support this 
    return unsafe.compareAndSwapInt(this, stateOffset, expect, update);
}