(一)并发工具类Lock与Condition

概述

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。这两大问题，管程都是能够解决的。Java SDK 并发包通过 Lock 和 Condition 两个接口来实现管程，其中 Lock 用于解决互斥问题，Condition 用于解决同步问题。

为什么不用synchronized?

因为synchronized无法破坏死锁中的请求与保持条件， synchronized 申请资源的时候，如果申请不到，线程直接进入阻塞状态。

因此提出了三种方案分别对应Lock里的方法实现

1. 能够响应中断：synchronized 的问题是，持有锁 A 后，如果尝试获取锁 B 失败，那么线程就进入阻塞状态，一旦发生死锁，就没有任何机会来唤醒阻塞的线程。但如果阻塞状态的线程能够响应中断信号，也就是说当我们给阻塞的线程发送中断信号的时候，能够唤醒它，那它就有机会释放曾经持有的锁 A。这样就破坏了不可抢占条件了。
2. 支持超时。如果线程在一段时间之内没有获取到锁，不是进入阻塞状态，而是返回一个错误，那这个线程也有机会释放曾经持有的锁。这样也能破坏不可抢占条件。
3. 非阻塞地获取锁。如果尝试获取锁失败，并不进入阻塞状态，而是直接返回，那这个线程也有机会释放曾经持有的锁。这样也能破坏不可抢占条件。

// 支持中断的API
void lockInterruptibly() 
  throws InterruptedException;
// 支持超时的API
boolean tryLock(long time, TimeUnit unit) 
  throws InterruptedException;
// 支持非阻塞获取锁的API
boolean tryLock();

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## 保证可见性 利用了 volatile 相关的 Happens-Before 规则。Java SDK 里面的 ReentrantLock，内部持有一个 volatile 的成员变量 state，获取锁的时候，会读写 state 的值；解锁的时候，也会读写 state 的值（简化后的代码如下面所示）。也就是说，在执行 value+=1 之前，程序先读写了一次 volatile 变量 state，在执行 value+=1 之后，又读写了一次 volatile 变量 state。

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可重入

所谓可重入锁，顾名思义，指的是线程可以重复获取同一把锁。当线程 T1 执行到 ① 处时，已经获取到了锁 rtl ，当在 ① 处调用 get() 方法时，会在 ② 再次对锁 rtl 执行加锁操作。此时，如果锁 rtl 是可重入的，那么线程 T1 可以再次加锁成功；如果锁 rtl 是不可重入的，那么线程 T1 此时会被阻塞。

class X {
  private final Lock rtl =
  new ReentrantLock();
  int value;
  public int get() {
    // 获取锁
    rtl.lock();        1
    try {
      return value;
    } finally {
      // 保证锁能释放
      rtl.unlock();
    }
  }
  public void addOne() {
    // 获取锁
    rtl.lock();  
    try {
      value = 1 + get(); 1
    } finally {
      // 保证锁能释放
      rtl.unlock();
    }
  }
}

拓展可重入函数：可重入函数，指的是多个线程可以同时调用该函数，每个线程都能得到正确结果；同时在一个线程内支持线程切换，无论被切换多少次，结果都是正确的。

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公平锁

使用 ReentrantLock 的时候，你会发现 ReentrantLock 这个类有两个构造函数，一个是无参构造函数，一个是传入 fair 参数的构造函数。fair 参数代表的是锁的公平策略，如果传入 true 就表示需要构造一个公平锁，反之则表示要构造一个非公平锁。

//无参构造函数：默认非公平锁
public ReentrantLock() {
    sync = new NonfairSync();
}
//根据公平策略参数创建锁
public ReentrantLock(boolean fair){
    sync = fair ? new FairSync() 
                : new NonfairSync();
}

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生产者消费者

面试题：写一个固定容量同步容器，拥有put和get方法，以及getCount方法，能够支持2个生产者线程以及10个消费者线程的阻塞调用，使用Lock和Condition来实现。

/**
 * 面试题：写一个固定容量同步容器，拥有put和get方法，以及getCount方法，
 * 能够支持2个生产者线程以及10个消费者线程的阻塞调用
 * 使用Lock和Condition来实现
 * @author chendawei
 */
package JUC.Interview;

import java.util.LinkedList;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
import java.util.concurrent.locks.Condition;
import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

public class MyContainer2<T> {
    final private LinkedList<T> lists = new LinkedList<>();
    final private int MAX = 10; //最多10个元素
    private int count = 0;
    private Lock lock = new ReentrantLock();
    private Condition producer = lock.newCondition();
    private Condition consumer = lock.newCondition();

    public void put(T t) {
        try {
            lock.lock();
            while(lists.size() == MAX) { //想想为什么用while而不是用if？
                producer.await();
            }

            lists.add(t);
            ++count;
            consumer.signalAll(); //通知消费者线程进行消费
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }

    public T get() {
        T t = null;
        try {
            lock.lock();
            while(lists.size() == 0) {
                consumer.await();
            }
            t = lists.removeFirst();
            count --;
            producer.signalAll(); //通知生产者进行生产
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            lock.unlock();
        }
        return t;
    }

    public static void main(String[] args) {
        MyContainer2<String> c = new MyContainer2<>();
        //启动消费者线程
        for(int i=0; i<10; i++) {
            new Thread(()->{
                for(int j=0; j<5; j++) System.out.println(c.get());
            }, "c" + i).start();
        }

        try {
            TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        //启动生产者线程
        for(int i=0; i<2; i++) {
            new Thread(()->{
                for(int j=0; j<25; j++) c.put(Thread.currentThread().getName() + " " + j);
            }, "p" + i).start();
        }
    }
}