多线程与高并发—共享模型之管程

共享模型之管程

线程共享带来的问题

线程出现问题的根本原因是因为线程上下文切换，导致线程里的指令没有执行完就切换执行其它线程了。

public static int count = 0;
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread t1 = new Thread(() -> {
            for (int i = 1;i < 5000; i++){
                count++;
            }
        });
        Thread t2 = new Thread(() -> {
            for (int i = 1;i < 5000; i++){
                count--;
            }
        });
        t1.start();
        t2.start();
        t1.join();
        t2.join();
        log.debug("count的值是{}",count);
    }

如上代码，当执行 count++ 或者 count– 操作的时候，从字节码分析，实际上是 4 步操作：

count++; 
// 操作字节码如下：
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

count--; 
// 操作字节码如下：
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

如果上面代码是单线程按顺序运行的，那么count的值不会计算错，执行过程如下图所示：

但多线程下上面代码可能交错运行，出现负数的情况：

但多线程下上面代码可能交错运行，出现正数的情况：

1. 临界区 Critical Section

   • 一个程序运行多个线程本身是没有问题的；

   • 问题出在多个线程访问共享资源：

     • 多个线程读共享资源其实也没有问题；
     • 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。

   • 一段代码块内如果存在对共享资源的多线程读写操作，称这段代码块为临界区。

     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--; 
     }

2. 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。

synchronized 解决方案

解决方案

为了避免临界区中的竞态条件发生，由多种手段可以达到：

• 阻塞式解决方案：synchronized 、Lock
• 非阻塞式解决方案：原子变量

使用 synchronized 来进行解决，即俗称的对象锁，它采用互斥的方式让同一时刻至多只有一个线程持有对象锁，其他线程如果想获取这个锁就会阻塞住，这样就能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。

注意：虽然 java 中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。

synchronized 语法

synchronized(对象) {
	//临界区
}

上面的实例程序使用synchronized后如下，计算出的结果是正确！

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);
}

synchronized实际上利用对象保证了临界区代码的原子性，临界区内的代码在外界看来是不可分割的，不会被线程切换所打断。

synchronized 加在方法上

class Test{
        public synchronized void test() {

        }
    }
    //等价于锁住对象
    class Test{
        public void test() {
            synchronized(this) {

            }
        }
    }
//------------------------------------------------------------------------------------------------
    class Test{
        public synchronized static void test() {
        }
    }
   // 等价于锁住类
    class Test{
        public static void test() {
            synchronized(Test.class) {

            }
        }
    }

所谓的线程八锁

其实就是考察 synchronized 锁住的是哪个对象。

情况1：12 或 21

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

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 2 3 1s 1 或 32 1s 1

class Number{
 	public synchronized void a() {
        sleep(1);
 		log.debug("1");
 	}
 	public synchronized void b() {
 		log.debug("2");
 	}
    public synchronized 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

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

class Number{
 	public static synchronized void a() {
        sleep(1);
 		log.debug("1");
 	}
 	public synchronized void b() {
 		log.debug("2");
 	}
}
//对象锁 b方法获得
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6：1s 后12， 或 2 1s后 1

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();
}

情况7：2 1s 后 1

class Number{
 	public static synchronized void a() {
        sleep(1);
 		log.debug("1");
 	}
 	public synchronized void b() {
 		log.debug("2");
 	}
}
//对象锁 b方法获得
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8：1s 后12， 或 2 1s后 1

class Number{
 	public static synchronized void a() {
        sleep(1);
 		log.debug("1");
 	}
 	public static synchronized void b() {
 		log.debug("2");
 	}
}
//对象锁 b方法获得
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的线程安全分析

• 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。

局部变量线程安全分析

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范围，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。

线程安全的情况

局部变量【局部变量被初始化为基本数据类型】是安全的，示例如下：

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

每个线程调用 test1() 方法时，局部变量会在每个线程的栈帧内存中被创建多份，是彼此隔离的，因此不存在共享。

线程不安全的情况

如果局部变量引用的对象逃离方法的范围，那么要考虑线程安全的，分析如下代码：

public class Test {

    public static void main(String[] args) {
        UnsafeTest unsafeTest = new UnsafeTest();
        for(int i = 0; i < 10; i++) {
            new Thread(() -> {
                unsafeTest.method1();
            }, "t" + i).start();
        }
    }

}

class UnsafeTest {

    List<Integer> list = new ArrayList<>();

    public void method1() {
        for (int i = 0; i < 200; i++) {
            method2();
            method3();
        }
    }

    public void method2() {
        list.add(1);
    }

    public void method3() {
        list.remove(0);
    }

}

不安全原因分析

无论哪个线程中的 method2 和method3 引用的都是同一个对象中的 list 成员变量：一个 ArrayList ，在添加一个元素的时候，它可能会有两步来完成：

1. 第一步，在 arrayList[Size] 的位置存放此元素； 第二步增大 Size 的值。
2. 在单线程运行的情况下，如果 Size = 0，添加一个元素后，此元素在位置 0，而且 Size=1；而如果是在多线程情下，比如有两个线程，线程 一先将元素存放在位置 0，但是此时发生上下文切换，线程 B 得到运行的机会，线程B也向此 ArrayList 添加元素，因为此时 Size 仍等于 0 ，所以线程二也将元素存放在位置0，然后线程一和线程二都继续运行，都增加 Size 的值。 那好，现在看看 ArrayList 的情况，元素实际上只有一个，存放在位置 0，而 Size 却等于 2。这就是线程不安全了。

解决方法

可以将list修改成局部变量，然后将 list 作为引用传入方法中，因为局部变量是每个线程私有的，不会出现共享问题，那么就不会有上述问题了。修改的代码如下：

class SafeTest {

    public void method1() {
 
        List<Integer> list = new ArrayList<>();
        for (int i = 0; i < 200; i++) {
            method2(list);
            method3(list);
        }
    }

    public void method2(List<Integer> list) {
        list.add(1);
    }

    public void method3(List<Integer> list) {
        list.remove(0);
    }
}

思考 private 或 final的重要性

在上诉代码中，其实存在线程安全的问题，因为 method2，method3 方法都是用 public 声明的，如果一个类继承 SafeTest 类，对 method2，method3 方法进行了重写，比如重写 method3 方法，代码如下：

class UnsafeSubTest extends UnsafeTest {

    @Override
    public void method3(List<Integer> list) {
        new Thread(() -> {
            list.remove(0);
        }).start();
    }
}

可以看到重写的方法中又使用到了线程，当主线程和重写的 method3 方法的线程同时存在，此时 list 就是这两个线程的共享资源了，就会出现线程安全问题，我们可以用 private 访问修饰符解决此问题，代码实现如下：

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) {
        new Thread(() -> {
            list.remove(0);
        }).start();
    }
}

常见线程安全类

• String
• Integer
• StringBuffer
• Random
• Vector （List的线程安全实现类）
• Hashtable （Hash的线程安全实现类）
• 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。如：

Hashtable table = new Hashtable();
new Thread(()->{
 	table.put("key1", "value1");
}).start();
new Thread(()->{
 	table.put("key2", "value2");
}).start();

线程安全类方法的组合

但注意它们多个方法的组合不是原子的，看如下代码：

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

如上图所示，当使用方法组合时，出现了线程安全问题，当线程 1 执行完 get(“key”) ，这是一个原子操作没问题，但是在 get(“key”) == null 比较时，如果线程的时间片用完了，线程 2 获取时间片执行了 get(“key”) == null 操作，然后进行 put(“key”, “v2”) 操作，结束后，线程 1 被分配 cpu 时间片继续执行，执行 put 操作就会出现线程安全问题。

不可变类的线程安全

String和Integer类都是不可变的类，因为其类内部状态是不可改变的，因此它们的方法都是线程安全的。疑问是String 有 replace，substring 等方法可以改变值啊，其实调用这些方法返回的已经是一个新创建的对象了！

public String substring(int beginIndex, int endIndex) {
        if (beginIndex < 0) {
            throw new StringIndexOutOfBoundsException(beginIndex);
        }
        if (endIndex > value.length) {
            throw new StringIndexOutOfBoundsException(endIndex);
        }
        int subLen = endIndex - beginIndex;
        if (subLen < 0) {
            throw new StringIndexOutOfBoundsException(subLen);
        }
        return ((beginIndex == 0) && (endIndex == value.length)) ? this
                : new String(value, beginIndex, subLen); // 新建一个对象，然后返回，没有修改等操作，是线程安全的。
    }

示例分析-是否线程安全

分析线程是否安全，先对类的成员变量，类变量，局部变量进行考虑，如果变量会在各个线程之间共享，那么就得考虑线程安全问题了，如果变量A引用的是线程安全类的实例，并且只调用该线程安全类的一个方法，那么该变量A是线程安全的的。

示例一：此类不是线程安全的，MyAspect切面类只有一个实例，成员变量start 会被多个线程同时进行读写操作。

@Aspect
@Component
public class MyAspect {
        // 是否安全？
        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));
        }
    }

示例二：MyServlet、UserServiceImpl、UserDaoImpl类都只有一个实例，UserDaoImpl类中没有成员变量，update方法里的变量引用的对象不是线程共享的，所以是线程安全的；UserServiceImpl类中只有一个线程安全的UserDaoImpl类的实例，那么UserServiceImpl类也是线程安全的，同理 MyServlet也是线程安全的。

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 {
	 // 是否安全
 	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
 	try (Connection conn = DriverManager.getConnection("","","")){
		 // ...
 	} catch (Exception e) {
 	// ...
	 }
  }
}

示例三：跟示例二大体相似，UserDaoImpl类中有成员变量，那么多个线程可以对成员变量conn 同时进行操作，故是不安全的。

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 {
    // 是否安全
    private UserDao userDao = new UserDaoImpl();
    public void update() {
        userDao.update();
    }
}
public class UserDaoImpl implements UserDao {
    // 是否安全
    private Connection conn = null;
    public void update() throws SQLException {
        String sql = "update user set password = ? where username = ?";
        conn = DriverManager.getConnection("","","");
        // ...
        conn.close();
    }
}

示例四：跟示例三大体相似，UserServiceImpl类的update方法中 UserDao是作为局部变量存在的，所以每个线程访问的时候都会新建有一个UserDao对象，新建的对象是线程独有的，所以是线程安全的。

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
    private Connection = null;
    public void update() throws SQLException {
        String sql = "update user set password = ? where username = ?";
        conn = DriverManager.getConnection("","","");
        // ...
        conn.close();
    }
}

示例五：

public abstract class Test {
    public void bar() {
        // 是否安全
        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，因为 foo 方法可以被重写，导致线程不安全。在 String 类中就考虑到了这一点，String 类是 final 关键字声明的，子类不能重写它的方法。

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

案例分析—卖票

import lombok.extern.slf4j.Slf4j;

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
import java.util.Random;
import java.util.Vector;


public class ExerciseSell {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        // 模拟多人买票
        TicketWindow window = new TicketWindow(1000);

        // 所有线程的集合
        List<Thread> threadList = new ArrayList<>();
        // 卖出的票数统计
        List<Integer> amountList = new Vector<>();
        for (int i = 0; i < 2000; i++) {
            Thread thread = new Thread(() -> {
                // 买票
                int amount = window.sell(random(5));
                // 统计买票数
                amountList.add(amount);
            });
            threadList.add(thread);
            thread.start();
        }

        for (Thread thread : threadList) {
            thread.join();
        }

        // 统计卖出的票数和剩余票数
        log.debug("余票：{}",window.getCount());
        log.debug("卖出的票数：{}", amountList.stream().mapToInt(i-> i).sum());
    }

    // Random 为线程安全
    static Random random = new Random();

    // 随机 1~5
    public static int random(int amount) {
        return random.nextInt(amount) + 1;
    }
}

// 售票窗口
class TicketWindow {
    private int count;

    public TicketWindow(int count) {
        this.count = count;
    }

    // 获取余票数量
    public int getCount() {
        return count;
    }

    // 售票
    public synchronized int sell(int amount) {
        if (this.count >= amount) {
            this.count -= amount;
            return amount;
        } else {
            return 0;
        }
    }
}

Monitor 概念

Java 对象头

以 32 位虚拟机为例,普通对象的对象头结构如下，其中的Klass Word为指针，指向对应的Class对象。

数组对象

其中 Mark Word 结构为：

所以一个对象的结构如下：

Monitor 原理

Monitor被翻译为监视器或者说管程，每个java对象都可以关联一个Monitor，如果使用synchronized给对象上锁（重量级），该对象头的Mark Word中就被设置为指向Monitor对象的指针。

• 刚开始时 Monitor 中的 Owner 为 null；

• 当 Thread-2 执行 synchronized(obj){} 代码时就会将 Monitor 的所有者Owner 设置为 Thread-2，上锁成功，Monitor 中同一时刻只能有一个 Owner；

• 当 Thread-2 占据锁时，如果线程 Thread-3 ，Thread-4 也来执行synchronized(obj){} 代码，就会进入 EntryList（阻塞队列） 中变成BLOCKED（阻塞） 状态；

• Thread-2 执行完同步代码块的内容，然后唤醒 EntryList 中等待的线程来竞争锁，竞争时是非公平的；

• 图中 WaitSet 中的 Thread-0，Thread-1 是之前获得过锁，但条件不满足进入 WAITING 状态的线程，后面讲 wait-notify 时会分析。

  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。

synchronized原理及进阶

synchronized原理

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

上面代码反编译后的部分字节码：

 0 getstatic #2 <com/heu/test/Test17.lock>
 # 取得lock的引用（synchronized开始了）
 3 dup    
 # 复制操作数栈栈顶的值放入栈顶，即复制了一份lock的引用
 4 astore_1
 # 操作数栈栈顶的值弹出，即将lock的引用存到局部变量表中
 5 monitorenter
 # 将lock对象的Mark Word置为指向Monitor指针
 6 getstatic #3 <com/concurrent/test/Test17.counter>
 9 iconst_1
10 iadd
11 putstatic #3 <com/concurrent/test/Test17.counter>
14 aload_1
# 从局部变量表中取得lock的引用，放入操作数栈栈顶
15 monitorexit
# 将lock对象的Mark Word重置，唤醒EntryList
16 goto 24 (+8)
# 下面是异常处理指令，可以看到，如果出现异常，也能自动地释放锁
19 astore_2
20 aload_1
21 monitorexit
22 aload_2
23 athrow
24 return

注意：方法级别的 synchronized 不会在字节码指令中有所体现

synchronized 原理进阶

轻量级锁的使用场景是：如果一个对象虽然有多个线程要对它进行加锁，但是加锁的时间是错开的（也就是没有人可以竞争的），那么可以使用轻量级锁来进行优化。轻量级锁对使用者是透明的，即语法仍然是synchronized，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
     }
}

1. 每次指向到synchronized代码块时，都会创建锁记录（Lock Record）对象，每个线程都会包括一个锁记录的结构，锁记录内部可以储存对象的Mark Word和对象引用reference

2. 让锁记录中的Object reference指向对象，并且尝试用cas(compare and sweep)替换Object对象的Mark Word ，将Mark Word 的值存入锁记录中。

   

3. 如果 cas 替换成功，那么对象的对象头储存的就是锁记录的地址和状态 00 表示轻量级锁，如下所示：

   

4. 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，那么表示有竞争，首先会进行自旋锁，自旋一定次数后，如果还是失败就进入锁膨胀阶段。
   • 如果是自己的线程已经执行了 synchronized 进行加锁，那么再添加一条 Lock Record 作为重入的计数。

5. 当线程退出 synchronized 代码块的时候，如果获取的是取值为 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。

6. 当线程退出 synchronized 代码块的时候，如果获取的锁记录取值不为 null，那么使用 cas 将 Mark Word 的值恢复给对象
   1. 成功则解锁成功
   2. 失败，则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。

锁膨胀

如果在尝试加轻量级锁的过程中，cas 操作无法成功，这是有一种情况就是其它线程已经为这个对象加上了轻量级锁，这是就要进行锁膨胀，将轻量级锁变成重量级锁。

1. 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：

2. 这时 Thread-1 加轻量级锁失败，进入锁膨胀流程：

• 即为对象申请Monitor锁，让Object指向重量级锁地址；
• 然后自己进入Monitor 的EntryList 变成BLOCKED状态。

3. 当 Thread-0 退出 synchronized 同步块时，使用 cas 将 Mark Word 的值恢复给对象头，对象的对象头指向 Monitor，那么会进入重量级锁的解锁过程，即按照 Monitor 的地址找到 Monitor 对象，将 Owner 设置为 null ，唤醒 EntryList 中的 Thread-1 线程。

自旋优化

重量级锁竞争的时候，还可以使用自旋来进行优化，如果当前线程自旋成功（即在自旋的时候持锁的线程释放了锁），那么当前线程就可以不用进行上下文切换就获得了锁。

1. 自旋重试成功的情况：

2. 自旋重试失败的情况，自旋了一定次数还是没有等到持锁的线程释放锁：

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。

偏向锁

在轻量级锁中可以发现，如果同一个线程对同一个对象进行重入锁时，也需要执行 CAS 操作，这是有点耗时滴，那么 Java6 开始引入了偏向锁，只有第一次使用 CAS 时将对象的 Mark Word 头设置为偏向线程 ID，之后这个入锁线程再进行重入锁时，发现线程 ID 是自己的，那么就不用再进行CAS了。

比较轻量级锁与偏向锁：

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

对象头格式如下：

一个对象的创建过程

• 如果开启了偏向锁（默认是开启的），那么对象刚创建之后，Mark Word 最后三位的值是101，并且它的 Thread，epoch，age 都是 0 ，在加锁的时候进行设置这些的值。

• 偏向锁默认是延迟的，不会在程序启动的时候立刻生效，如果想避免延迟，可以添加虚拟机参数来禁用延迟：
  -XX:BiasedLockingStartupDelay=0

• 注意：处于偏向锁的对象解锁后，线程 id 仍存储于对象头中。

• 测试：

  public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
          Test1 t = new Test1();
          test.parseObjectHeader(getObjectHeader(t))；
          synchronized (t){
              test.parseObjectHeader(getObjectHeader(t));
          }
          test.parseObjectHeader(getObjectHeader(t));
      }

​ 输出结果如下，三次输出的状态码都为101：

biasedLockFlag (1bit): 1
	LockFlag (2bit): 01
biasedLockFlag (1bit): 1
	LockFlag (2bit): 01
biasedLockFlag (1bit): 1
	LockFlag (2bit): 01

如果没有开启偏向锁，那么对象创建后最后三位的值为001，这时候它的hashcode、age都为0，hashcode是第一次用到hashcode时才赋值的。在上面测试代码运行时在添加 VM 参数-XX:-UseBiasedLocking禁用偏向锁（禁用偏向锁则优先使用轻量级锁），退出synchronized状态变回001：

biasedLockFlag (1bit): 0
	LockFlag (2bit): 01
LockFlag (2bit): 00
biasedLockFlag (1bit): 0
	LockFlag (2bit): 01

撤销偏向锁—hashcode方法

测试 hashCode：当调用对象的hashcode方法的时候就会撤销这个对象的偏向锁，因为使用偏向锁时没有位置存hashcode的值了。

1. 测试代码如下，使用虚拟机参数-XX:BiasedLockingStartupDelay=0 ，确保最开始使用了偏向锁！但是结果显示程序使用了轻量级锁。

   public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
       Test1 t = new Test1();
       t.hashCode();
       test.parseObjectHeader(getObjectHeader(t));
      
       synchronized (t){
           test.parseObjectHeader(getObjectHeader(t));
       }
       test.parseObjectHeader(getObjectHeader(t));
   }

2. 输出结果

   biasedLockFlag (1bit): 0
   	LockFlag (2bit): 01
   LockFlag (2bit): 00
   biasedLockFlag (1bit): 0
   	LockFlag (2bit): 01

撤销偏向锁—其它线程使用对象

这里演示的是偏向锁撤销变成轻量级锁的过程，那么就得满足轻量级锁的使用条件，就是没有线程对同一个对象进行锁竞争，使用wait和 notify来辅助实现

1. 设置虚拟机参数-XX:BiasedLockingStartupDelay=0确保程序最开始使用了偏向锁！

2. 输出结果，最开始使用的是偏向锁，但是第二个线程尝试获取对象锁时，发现本来对象偏向的是线程一，那么偏向锁就会失效，加的就是轻量级锁

   static final Object lock = new Object();
       public static void main(String[] args) {
           new Thread(() -> {
               synchronized (lock) {
                   log.debug("获得锁");
                   try {
   //                    Thread.sleep(20000);
                       lock.wait(20000);
                   } catch (InterruptedException e) {
                       e.printStackTrace();
                   }
               }
           }, "t1").start();
   
           Sleeper.sleep(1);
           synchronized (lock) {
               log.debug("获得锁");
           }
       }

   biasedLockFlag (1bit): 1
   	LockFlag (2bit): 01
   biasedLockFlag (1bit): 1
   	LockFlag (2bit): 01
   biasedLockFlag (1bit): 1
   	LockFlag (2bit): 01
   biasedLockFlag (1bit): 1
   	LockFlag (2bit): 01
   LockFlag (2bit): 00
   biasedLockFlag (1bit): 0
   	LockFlag (2bit): 01

撤销—调用 wait/notify

会使对象的锁变成重量级锁，因为wait/notify方法只有重量级锁才支持。

批量重偏向

• 如果对象虽然被多个线程访问，但是线程间不存在竞争，这时偏向 t1 的对象仍有机会重新偏向 t2(重偏向会重置Thread ID)。
• 当撤销超过20次后（超过阈值），JVM 会觉得是不是偏向错了，这时会在给对象加锁时，重新偏向至加锁线程。

批量撤销

当撤销偏向锁的阈值超过 40 以后，就会将整个类的对象都改为不可偏向的

小结

从 JDK1.6开始，synchronized锁的实现发生了很大的变化，JVM引入了相应的优化手段来提升synchronized锁的性能，这种提升涉及到偏向锁、轻量级锁以及重量级锁，从而减少锁竞争带来的用户态与内核态之间的切换，这种锁的优化实际上是通过java对象头中的一些标志位去实现的，对于锁的访问与改变，实际上都是与java对象头息息相关。

对象实例在堆中会被划分为三个部分：对象头，实例数据与对齐填充。对象头也是由三块内容来构成：

• Mark Word（记录了对象，锁及垃圾回收的相关信息）
• 指向类的指针
• 数组长度

Mark Word的位信息包括如下组成部分：

• 无锁标记（hashcode、分代年龄、偏向锁标志）
• 偏向锁标记 （偏向线程 id）
• 轻量级锁标记 （锁记录）
• 重量级锁标记 （Monitor）
• GC标记

对于 synchronized 锁来说，锁的升级主要是通过 Mark Word 中的锁标记位与是否是偏向锁标记为来达成的，synchronized 关键字的对象锁都是先从偏向锁开始，随着锁竞争的不断升级，逐步演化至轻量级锁，最后变成了重量级锁。

1. 偏向锁：针对一个线程来说的，主要作用是优化同一个线程多次获取一个锁的情况， 当一个线程执行了一个 synchronized 方法的时候，肯定能得到对象的 monitor ，这个方法所在的对象就会在 Mark Work 处设为偏向锁标记，还会有一个字段指向拥有锁的这个线程的线程 ID 。当这个线程再次访问同一个 synchronized 方法的时候，如果按照通常的方法，这个线程还是要尝试获取这个对象的 monitor ，再执行这个 synchronized 方法。但是由于 Mark Word 的存在，当第二个线程再次来访问的时候，就会检查这个对象的 Mark Word 的偏向锁标记，再判断一下这个字段记录的线程 ID 是不是跟第二个线程的 ID 是否相同的。如果相同，就无需再获取 monitor 了，直接进入方法体中。

2. 如果是另一个线程访问这个 synchronized 方法，那么实际情况会如何呢？：偏向锁会被取消掉。

3. 轻量级锁：若第一个线程已经获取到了当前对象的锁，这时第二个线程又开始尝试争抢该对象的锁，由于该对象的锁已经被第一个线程获取到，因此它是偏向锁，而第二个线程再争抢时，会发现该对象头中的 Mark Word 已经是偏向锁，但里面储存的线程 ID 并不是自己（是第一个线程），那么它会进行 CAS(Compare and Swap)，从而获取到锁，这里面存在两种情况：

   • 获取到锁成功（一共只有两个线程）：那么它会将 Mark Word 中的线程 ID 由第一个线程变成自己(偏向锁标记位保持不表)，这样该对象依然会保持偏向锁的状态。
   • 获取锁失败（一共不止两个线程）：则表示这时可能会有多个线程同时再尝试争抢该对象的锁，那么这是偏向锁就会进行升级，升级为轻量级锁。

4. 旋锁，若自旋失败，那么锁就会转化为重量级锁，在这种情况下，无法获取到锁的线程都会进入到 moniter(即内核态)，自旋最大的特点是避免了线程从用户态进入到内核态。

wait和notify

• 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。

原理

• 锁对象调用wait方法（obj.wait），就会使当前线程进入 WaitSet 中，变为 WAITING 状态。

• 处于BLOCKED和 WAITING 状态的线程都为阻塞状态，CPU 都不会分给他们时间片。但是有所区别：

  • BLOCKED 状态的线程是在竞争对象时，发现 Monitor 的 Owner 已经是别的线程了，此时就会进入 EntryList 中，并处于 BLOCKED 状态。

  • WAITING 状态的线程是获得了对象的锁，但是自身因为某些原因需要进入阻塞状态时，锁对象调用了 wait 方法而进入了 WaitSet 中，处于 WAITING 状态。

  • BLOCKED 状态的线程会在锁被释放的时候被唤醒，但是处于 WAITING 状态的线程只有被锁对象调用了 notify 方法(obj.notify/obj.notifyAll)，才会被唤醒。

注：只有当对象加锁以后，才能调用 wait 和 notify 方法。

Wait 与 Sleep 的区别

• Sleep 是 Thread 类的静态方法，Wait 是 Object 的方法，Object 又是所有类的父类，所以所有类都有Wait方法。
• Sleep 在阻塞的时候不会释放锁，而 Wait在阻塞的时候会释放锁，它们都会释放 CPU 资源。
• Sleep 不需要与 synchronized 一起使用，而 Wait 需要与 synchronized 一起使用（对象被锁以后才能使用）
• 使用 wait 一般需要搭配 notify 或者 notifyAll 来使用，不然会让线程一直等待。

优雅地使用 wait/notify

什么时候适合使用wait？

• 当线程不满足某些条件，需要暂停运行时，可以使用 wait 。这样会将对象的锁释放，让其他线程能够继续运行。如果此时使用 sleep，会导致所有线程都进入阻塞，导致所有线程都没法运行，直到当前线程 sleep 结束后，运行完毕，才能得到执行。

使用wait/notify需要注意什么？

• 当有多个线程在运行时，对象调用了 wait 方法，此时这些线程都会进入 WaitSet 中等待。如果这时使用了 notify 方法，可能会造成虚假唤醒（唤醒的不是满足条件的等待线程），这时就需要使用 notifyAll 方法。

synchronized (lock) {
	while(//不满足条件，一直等待，避免虚假唤醒) {
		lock.wait();
	}
	//满足条件后再运行
}

synchronized (lock) {
	//唤醒所有等待线程
	lock.notifyAll();
}

示例

@Slf4j
public class TestWait {
    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("有烟吗？[{}]",hasCigarette);
                if (!hasCigarette) {
                    log.debug("没烟，歇会");
                    try {
                        Thread.sleep(2000);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
                log.debug("有烟没？[{}]",hasCigarette);
                if (hasCigarette) {
                    log.debug("可以干活了");
                }
            }
        },"t1").start();

        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            new Thread(() -> {
                synchronized (room) {
                    log.debug("可以干活了");
                }
            },"其他人").start();
        }

        Thread.sleep(1000);
        new Thread(() -> {
            hasCigarette = true;
            log.debug("烟来了");
        },"送烟的").start();
    }
}

输出：

19:26:21.111 [t1] DEBUG com.heu.test.TestWait - 有烟吗？[false]
19:26:21.123 [t1] DEBUG com.heu.test.TestWait - 没烟，歇会
19:26:22.116 [送烟的] DEBUG com.heu.test.TestWait - 烟来了
19:26:23.134 [t1] DEBUG com.heu.test.TestWait - 有烟没？[true]
19:26:23.134 [t1] DEBUG com.heu.test.TestWait - 可以干活了
19:26:23.134 [其他人] DEBUG com.heu.test.TestWait - 可以干活了
19:26:23.135 [其他人] DEBUG com.heu.test.TestWait - 可以干活了
19:26:23.135 [其他人] DEBUG com.heu.test.TestWait - 可以干活了
19:26:23.135 [其他人] DEBUG com.heu.test.TestWait - 可以干活了
19:26:23.136 [其他人] DEBUG com.heu.test.TestWait - 可以干活了

• 其它干活的线程，都要一直阻塞，效率太低；

• t1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t1线程在里面反锁了门睡觉，烟根本没法送进门，而main线程没加synchronized 就好像 main 线程是翻窗户进来的；

• 解决方法，使用 wait - notify 机制。

思考下面的实现行吗，为什么？

@Slf4j
public class TestWait {
    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("有烟吗？[{}]",hasCigarette);
                if (!hasCigarette) {
                    log.debug("没烟，歇会");
                    try {
                        room.wait(2000);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
                log.debug("有烟没？[{}]",hasCigarette);
                if (hasCigarette) {
                    log.debug("可以干活了");
                }
            }
        },"t1").start();

        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            new Thread(() -> {
                synchronized (room) {
                    log.debug("可以干活了");
                }
            },"其他人").start();
        }

        Thread.sleep(1000);
        new Thread(() -> {
            synchronized (room) {
                hasCigarette = true;
                log.debug("烟来了");
                room.notify();
            }
           
        },"送烟的").start();
    }
}

输出：

19:33:01.717 [t1] DEBUG com.heu.test.TestWait - 有烟吗？[false]
19:33:01.727 [t1] DEBUG com.heu.test.TestWait - 没烟，歇会
19:33:01.728 [其他人] DEBUG com.heu.test.TestWait - 可以干活了
19:33:01.728 [其他人] DEBUG com.heu.test.TestWait - 可以干活了
19:33:01.729 [其他人] DEBUG com.heu.test.TestWait - 可以干活了
19:33:01.729 [其他人] DEBUG com.heu.test.TestWait - 可以干活了
19:33:01.729 [其他人] DEBUG com.heu.test.TestWait - 可以干活了
19:33:02.717 [送烟的] DEBUG com.heu.test.TestWait - 烟来了
19:33:02.717 [t1] DEBUG com.heu.test.TestWait - 有烟没？[true]
19:33:02.717 [t1] DEBUG com.heu.test.TestWait - 可以干活了

• 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。

这样呢？

new Thread(()->{
    synchronized (room) {
        log.debug("有烟吗？[{}]",hasCigarette);
        if (!hasCigarette) {
            log.debug("没烟，歇会");
            try {
                room.wait(2000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        log.debug("有烟没？[{}]",hasCigarette);
        if (hasCigarette) {
            log.debug("可以干活了");
        } else {
            log.debug("没干成活");
        }
    }
},"t1").start();

new Thread(() -> {
    synchronized (room) {
        Thread thread = Thread.currentThread();
        log.debug("外卖送到没？[{}]",hasTakeout);
        if (!hasTakeout) {
            log.debug("没外卖，歇会");
            try {
                room.wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        log.debug("外卖送到没？[{}]",hasTakeout);
        if (hasTakeout) {
            log.debug("可以干活了");
        } else {
            log.debug("没干成活");
        }
    }
},"t2").start();

new Thread(() -> {
    synchronized (room) {
        hasTakeout = true;
        log.debug("外卖来了");
        room.notify();
    }

},"送外卖的").start();

输出：

19:44:18.155 [t1] DEBUG com.heu.test.TestWait - 有烟吗？[false]
19:44:18.166 [t1] DEBUG com.heu.test.TestWait - 没烟，歇会
19:44:18.167 [t2] DEBUG com.heu.test.TestWait - 外卖送到没？[false]
19:44:18.167 [t2] DEBUG com.heu.test.TestWait - 没外卖，歇会
19:44:19.165 [送外卖的] DEBUG com.heu.test.TestWait - 外卖来了
19:44:19.165 [t1] DEBUG com.heu.test.TestWait - 有烟没？[false]
19:44:19.166 [t1] DEBUG com.heu.test.TestWait - 没干成活

• 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，称之为【虚假唤醒】

• 解决方法，改为 notifyAll。

解决办法：

new Thread(() -> {
    synchronized (room) {
        hasTakeout = true;
        log.debug("外卖来了");
        room.notifyAll();
    }

},"送外卖的").start();

输出：

19:46:23.330 [t1] DEBUG com.heu.test.TestWait - 有烟吗？[false]
19:46:23.340 [t1] DEBUG com.heu.test.TestWait - 没烟，歇会
19:46:23.340 [t2] DEBUG com.heu.test.TestWait - 外卖送到没？[false]
19:46:23.341 [t2] DEBUG com.heu.test.TestWait - 没外卖，歇会
19:46:24.338 [送外卖的] DEBUG com.heu.test.TestWait - 外卖来了
19:46:24.339 [t1] DEBUG com.heu.test.TestWait - 有烟没？[false]
19:46:24.339 [t1] DEBUG com.heu.test.TestWait - 没干成活
19:46:24.339 [t2] DEBUG com.heu.test.TestWait - 外卖送到没？[true]
19:46:24.340 [t2] DEBUG com.heu.test.TestWait - 可以干活了

• 用 notifyAll 仅解决某个线程的唤醒问题，但使用 if + wait 判断仅有一次机会，一旦条件不成立，就没有重新判断的机会了。

• 解决方法，用 while + wait，当条件不成立，再次 wait。

将 if 改为 while：

while (!hasCigarette) {
 	log.debug("没烟，先歇会！");
 	try {
		 room.wait();
	 } catch (InterruptedException e) {
		 e.printStackTrace();
	 }
}

小结

1. 当调用 wait 时，首先需要确保调用了 wait 方法的线程已经持有了对象的锁(调用 wait 方法的代码片段需要放在 sychronized 块或者时 sychronized 方法中，这样才可以确保线程在调用wait方法前已经获取到了对象的锁)。

2. 当调用 wait 时，该线程就会释放掉这个对象的锁，然后进入等待状态 (wait set)。

3. 当线程调用了 wait 后进入到等待状态时，它就可以等待其他线程调用相同对象的 notify 或者 notifyAll 方法使得自己被唤醒。

4. 一旦这个线程被其它线程唤醒之后，该线程就会与其它线程以同开始竞争这个对象的锁(公平竞争)；只有当该线程获取到对象的锁后，线程才会继续往下执行。

5. 当调用对象的 notify 方法时，他会随机唤醒对象等待集合 (wait set) 中的任意一个线程，当某个线程被唤醒后，它就会与其它线程一同竞争对象的锁。

6. 当调用对象的 notifyAll 方法时，它会唤醒该对象等待集合 (wait set) 中的所有线程，这些线程被唤醒后，又会开始竞争对象的锁。

7. 在某一时刻，只有唯一的一个线程能拥有对象的锁。

同步模式之保护性暂停

定义

• 即 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，让他们关联同一个 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 、Future 的实现，采用的就是此模式。

• 单任务及多任务版GuardedObject如下图所示：

  

实现

一个线程等待另一个线程的执行结果（带超时）

@Slf4j
public class GuardedObjectV2 {
    private Object response;
    private final Object lock = new Object();

    public Object get(long millis) {
        synchronized (lock) {
            long begin = System.currentTimeMillis();
            long timePassed = 0;
            while (response == null) {
                long waitTime = millis - timePassed;
                log.debug("waitTime: {}", waitTime);
                if (waitTime <= 0) {
                    log.debug("break..");
                }
                try {
                    lock.wait();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }

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

    public void complete(Object response) {
        synchronized (lock) {
            this.response = response;
            log.debug("notify..");
            lock.notifyAll();
        }
    }
}

@Slf4j
public class GuardedObjectTest {
    public static void main(String[] args) {
        GuardedObjectV2 v2 = new GuardedObjectV2();
        new Thread(()->{
            try {
                Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            v2.complete(null);
            try {
                Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            v2.complete(Arrays.asList("a", "b", "c"));
        }).start();

        Object response = v2.get(2500);
        if (response != null) {
            log.debug("get response: [{}] lines", ((List<String>) response).size());
        } else {
            log.debug("can't get response");
        }
    }
}

输出：

20:31:46.262 [main] DEBUG com.heu.test.GuardedObjectV2 - waitTime: 2500
20:31:47.258 [Thread-0] DEBUG com.heu.test.GuardedObjectV2 - notify..
20:31:47.258 [main] DEBUG com.heu.test.GuardedObjectV2 - timePassed: 1002, object is null true
20:31:47.258 [main] DEBUG com.heu.test.GuardedObjectV2 - waitTime: 1498
20:31:48.272 [Thread-0] DEBUG com.heu.test.GuardedObjectV2 - notify..
20:31:48.272 [main] DEBUG com.heu.test.GuardedObjectV2 - timePassed: 2016, object is null false
20:31:48.273 [main] DEBUG com.heu.test.GuardedObjectTest - get response: [3] lines

多任务版GuardedObject

@Slf4j
public class Code_23_Test {

    public static void main(String[] args) {

        for (int i = 0; i < 3; i++) {
            new People().start();
        }

        try {
            Thread.sleep(1000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }

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

}

@Slf4j(topic = "c.People")
class People extends Thread {

    @Override
    public void run() {
        GuardedObject guardedObject = Mailboxes.createGuardedObject();
        log.info("收信的为 id: {}", guardedObject.getId());
        Object o = guardedObject.get(5000);
        log.info("收到信的 id: {}, 内容: {}", guardedObject.getId(), o);
    }
}

@Slf4j(topic = "c.Postman")
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.info("送信的 id: {}, 内容: {}", id, mail);
        guardedObject.complete(mail);
    }
}

class Mailboxes {

    private static int id = 1;
    private static Map<Integer, GuardedObject> boxes = new Hashtable<>();

    public static synchronized int generateId() {
        return id++;
    }

    // 用户会进行投信
    public static GuardedObject createGuardedObject() {
        GuardedObject guardedObject = new GuardedObject(generateId());
        boxes.put(guardedObject.getId(), guardedObject);
        return guardedObject;
    }

    // 派件员会派发信
    public static GuardedObject getGuardedObject(int id) {
        return boxes.remove(id);
    }

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

class GuardedObject {

    private int id;

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

    public int getId() {
        return this.id;
    }

    private Object response;

    // 优化等待时间
    public Object get(long timeout) {
        synchronized (this) {
            long begin = System.currentTimeMillis();
            long passTime = 0;
            while (response == null) {
                long waitTime = timeout - passTime; // 剩余等待时间
                if(waitTime <= 0) {
                    break;
                }
                try {
                    this.wait(waitTime);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                passTime = System.currentTimeMillis() - begin;
            }
            return response;
        }
    }

    public void complete(Object response) {
        synchronized (this) {
            this.response = response;
            this.notify();
        }
    }

}

输出：

10:35:05.689 c.People [Thread-1] - 开始收信 id:3
10:35:05.689 c.People [Thread-2] - 开始收信 id:1
10:35:05.689 c.People [Thread-0] - 开始收信 id:2
10:35:06.688 c.Postman [Thread-4] - 送信 id:2, 内容:内容2
10:35:06.688 c.Postman [Thread-5] - 送信 id:1, 内容:内容1
10:35:06.688 c.People [Thread-0] - 收到信 id:2, 内容:内容2
10:35:06.688 c.People [Thread-2] - 收到信 id:1, 内容:内容1
10:35:06.688 c.Postman [Thread-3] - 送信 id:3, 内容:内容3
10:35:06.689 c.People [Thread-1] - 收到信 id:3, 内容:内容3

异步模式之生产者/消费者

定义

• 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。

“异步“的意思就是生产者产生消息之后消息没有被立刻消费，而“同步模式”中，消息在产生之后被立刻消费了。

实现

@Slf4j(topic = "c.TestProducerConsumer")
public class TestProducerConsumer {
    public static void main(String[] args) {
        MessageQueue messageQueue = new MessageQueue(2);
        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();
        }

        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();
    }
}

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;
    }
}

@Slf4j(topic = "c.MessageQueue")
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();
        }
    }
}

join原理

调用者轮询检查线程 alive 状态。

t1.join();
//等价于下面的代码
synchronized (t1) {
	 // 调用者线程进入 t1 的 waitSet 等待, 直到 t1 运行结束
 	while (t1.isAlive()) {
 		t1.wait(0);
 	}
}

park & unpark

基本使用

park & unpark 是 LockSupport 线程通信工具类的静态方法。

// 暂停当前线程
LockSupport.park();
// 恢复某个线程的运行
LockSupport.unpark;

@Slf4j
public class TestPark {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread t1=new Thread(() -> {
            log.debug("start...");
            try {
                Thread.sleep(1000);
                log.debug("park...");
                LockSupport.park();
                log.debug("resume..");
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        },"t1");
        t1.start();
        Thread.sleep(2000);
        log.debug("unpark...");
        LockSupport.unpark(t1);
    }
}

输出：

20:54:15.719 [t1] DEBUG com.heu.test.TestPark - start...
20:54:16.735 [t1] DEBUG com.heu.test.TestPark - park...
20:54:17.723 [main] DEBUG com.heu.test.TestPark - unpark...
20:54:17.724 [t1] DEBUG com.heu.test.TestPark - resume..

特点

与 Object 的 wait & notify 相比：

• wait，notify 和 notifyAll 必须配合 Object Monitor 一起使用，而 park，unpark 不必；

• park & unpark 是以线程为单位来【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，就不那么【精确】；

• park & unpark 可以先 unpark，而 wait & notify 不能先 notify。

park unpark原理

每个线程都有自己的一个 Parker 对象，由三部分组成 _counter， _cond 和 _mutex。

1. 打个比喻，线程就像一个旅人，Parker 就像他随身携带的背包，条件变量 _ cond 就好比背包中的帐篷。_counter 就好比背包中的备用干粮（0 为耗尽，1 为充足）；
2. 调用 park 就是要看需不需要停下来歇息：
   • 如果备用干粮耗尽，那么钻进帐篷歇息；
   • 如果备用干粮充足，那么不需停留，继续前进。
3. 调用 unpark，就好比令干粮充足：
   • 如果这时线程还在帐篷，就唤醒让他继续前进；
   • 如果这时线程还在运行，那么下次它调用 park 时，仅是消耗掉备用干粮，不需停留继续前进；
   • 因为背包空间有限，多次调用 unpark 仅会补充一份备用干粮。

先调用park再调用upark的过程：

先调用 park：

1. 当前线程调用 Unsafe.park() 方法；
2. 检查 _counter ，本情况为 0，这时获得 _mutex 互斥锁(mutex对象有个等待队列 _cond)；
3. 线程进入 _cond 条件变量阻塞；
4. 设置 _counter = 0。

调用 upark：

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

先调用upark再调用park的过程

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

线程状态转换

1. NEW –> RUNNABLE：当调用了 t.start() 方法时，由 NEW –> RUNNABLE。

2. RUNNABLE <–> WAITING

   • 当调用了t 线程用 synchronized(obj) 获取了对象锁后，调用 obj.wait() 方法时，t 线程从 RUNNABLE –> WAITING。
   • 调用 obj.notify() ， obj.notifyAll() ， t.interrupt() 时，会在 WaitSet 等待队列中出现锁竞争，非公平竞争。
     • 竞争锁成功，t 线程从 WAITING –> RUNNABLE
     • 竞争锁失败，t 线程从 WAITING –> BLOCKED

3. RUNNABLE <–> WAITING

   • 当前线程调用 t.join() 方法时，当前线程从 RUNNABLE –> WAITING，注意是当前线程在 t 线程对象的监视器上等待。
   • t 线程运行结束，或调用了当前线程的 interrupt() 时，当前线程从 WAITING –> RUNNABLE。

4. RUNNABLE <–> WAITING

   • 当前线程调用 LockSupport.park() 方法会让当前线程从 RUNNABLE –> WAITING。
   • 调用 LockSupport.unpark(目标线程) 或调用了线程 的 interrupt() ，会让目标线程从 WAITING –> RUNNABLE。

5. RUNNABLE <–> TIMED_WAITING

   • t 线程用 synchronized(obj) 获取了对象锁后，调用 obj.wait(long n) 方法时，t 线程从 RUNNABLE –> TIMED_WAITING。
   • t 线程等待时间超过了 n 毫秒，或调用 obj.notify() ， obj.notifyAll() ， t.interrupt() 时：
     • 竞争锁成功，t 线程从 TIMED_WAITING –> RUNNABLE
     • 竞争锁失败，t 线程从 TIMED_WAITING –> BLOCKED

6. RUNNABLE <–> TIMED_WAITING

• 当前线程调用 t.join(long n) 方法时，当前线程从 RUNNABLE –> TIMED_WAITING。
• 当前线程等待时间超过了 n 毫秒，或 t 线程运行结束，或调用了当前线程的 interrupt() 时，当前线程从 TIMED_WAITING –> RUNNABLE。

7. RUNNABLE <–> TIMED_WAITING

   • 当前线程调用 Thread.sleep(long n) ，当前线程从 RUNNABLE –> TIMED_WAITING。
   • 当前线程等待时间超过了 n 毫秒，当前线程从 TIMED_WAITING –> RUNNABLE。

8. RUNNABLE <–> TIMED_WAITING

   • 当前线程调用 LockSupport.parkNanos(long nanos) 或 LockSupport.parkUntil(long millis) 时，当前线 程从 RUNNABLE –> TIMED_WAITING。
   • 调用 LockSupport.unpark(目标线程) 或调用了线程 的 interrupt() ，或是等待超时，会让目标线程从 TIMED_WAITING–> RUNNABLE。

9. RUNNABLE <–> BLOCKED

   • t 线程用 synchronized(obj) 获取了对象锁时如果竞争失败，从 RUNNABLE –> BLOCKED。
   • 持 obj 锁线程的同步代码块执行完毕，会唤醒该对象上所有 BLOCKED 的线程重新竞争，如果其中 t 线程竞争成功，从 BLOCKED –> RUNNABLE ，其它失败的线程仍然 BLOCKED。

10. RUNNABLE <–> TERMINATED

    • 当前线程所有代码运行完毕，进入 TERMINATED。

活跃性

定义

线程因为某些原因，导致代码一直无法执行完毕，这种的现象叫做活跃性。

死锁

有这样的情况：一个线程需要同时获取多把锁，这时就容易发生死锁。如：t1 线程获得 A 对象锁，接下来想获取 B 对象的锁 t2 线程获得 B 对象锁，接下来想获取 A 对象的锁。

public static void main(String[] args) {
		final Object A = new Object();
		final Object B = new Object();
		new Thread(()->{
			synchronized (A) {
				try {
					Thread.sleep(2000);
				} catch (InterruptedException e) {
					e.printStackTrace();
				}
				synchronized (B) {

				}
			}
		}).start();

		new Thread(()->{
			synchronized (B) {
				try {
					Thread.sleep(1000);
				} catch (InterruptedException e) {
					e.printStackTrace();
				}
				synchronized (A) {

				}
			}
		}).start();
	}

发生死锁的必要条件

1. 互斥条件：在一段时间内，一种资源只能被一个进程所使用。
2. 请求和保持条件：进程已经拥有了至少一种资源，同时又去申请其他资源。因为其他资源被别的进程所使用，该进程进入阻塞状态，并且不释放自己已有的资源。
3. 不可抢占条件：进程对已获得的资源在未使用完成前不能被强占，只能在进程使用完后自己释放。
4. 循环等待条件：发生死锁时，必然存在一个进程——资源的循环链。

定位死锁的方法
检测死锁可以使用 jconsole工具；或者使用 jps 定位进程 id，再用 jstack 根据进程 id 定位死锁。

哲学家就餐问题

有五位哲学家，围坐在圆桌旁。他们只做两件事，思考和吃饭，思考一会吃口饭，吃完饭后接着思考。吃饭时要用两根筷子吃，桌上共有 5 根筷子，每位哲学家左右手边各有一根筷子。如果筷子被身边的人拿着，自己就得等待。

当每个哲学家即线程持有一根筷子时，他们都在等待另一个线程释放锁，因此造成了死锁。这种线程没有按预期结束，执行不下去的情况，归类为【活跃性】问题，除了死锁以外，还有活锁和饥饿者两种情况。

避免死锁的方法

在线程使用锁对象时，顺序加锁即可避免死锁。

活锁

活锁出现在两个线程互相改变对方的结束条件，谁也无法结束。

避免活锁的方法：在线程执行时，中途给予不同的间隔时间即可。

死锁与活锁的区别：

• 死锁是因为线程互相持有对象想要的锁，并且都不释放，最后到时线程阻塞，停止运行的现象。

• 活锁是因为线程间修改了对方的结束条件，而导致代码一直在运行，却一直运行不完的现象。

饥饿

某些线程因为优先级太低，导致一直无法获得资源的现象。在使用顺序加锁时，可能会出现饥饿现象。

ReentrantLock

相对于 synchronized 它具备如下特点：

• 可中断

• 可以设置超时时间

• 可以设置为公平锁

• 支持多个条件变量

与 synchronized 一样，都支持可重入。

基本语法：

// 获取锁
reentrantLock.lock();
try {
 	// 临界区
} finally {
 	// 释放锁
 	reentrantLock.unlock();
}

可重入

• 可重入是指同一个线程如果首次获得了这把锁，那么因为它是这把锁的拥有者，因此有权利再次获取这把锁。
• 如果是不可重入锁，那么第二次获得锁时，自己也会被锁挡住。

@Slf4j
public class TestReentrantLock {
    static ReentrantLock lock = new ReentrantLock();

    public static void main(String[] args) {
        method1();
    }

    public static void method1() {
        lock.lock();
        try {
            log.debug("method1");
            method2();
        }finally {
            lock.unlock();
        }

    }

    public static void method2() {
        lock.lock();
        try {
            log.debug("method2");
            method3();
        }finally {
            lock.unlock();
        }

    }

    public static void method3() {
        lock.lock();
        try {
            log.debug("method3");
        }finally {
            lock.unlock();
        }

    }
}

输出：

21:49:13.947 [main] DEBUG com.heu.test.TestReentrantLock - method1
21:49:13.960 [main] DEBUG com.heu.test.TestReentrantLock - method2
21:49:13.960 [main] DEBUG com.heu.test.TestReentrantLock - method3

可打断

• 如果某个线程处于阻塞状态，可以调用其 interrupt 方法让其停止阻塞，获得锁失败。简而言之就是：处于阻塞状态的线程，被打断了就不用阻塞了，直接停止运行。

• 注意如果是不可中断模式，那么即使使用了 interrupt 也不会让等待中断。

public static void main(String[] args) {
		ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
		Thread t1 = new Thread(() -> {
			try {
				// 加锁，可打断锁
				lock.lockInterruptibly();
			} catch (InterruptedException e) {
				e.printStackTrace();
                // 被打断，返回，不再向下执行
				return;
			}finally {
				// 释放锁
				lock.unlock();
			}

		});

		lock.lock();
		try {
			t1.start();
			Thread.sleep(1000);
			// 打断
			t1.interrupt();
		} catch (InterruptedException e) {
			e.printStackTrace();
		} finally {
			lock.unlock();
		}
	}

18:02:40.520 [main] c.TestInterrupt - 获得了锁
18:02:40.524 [t1] c.TestInterrupt - 启动... 
18:02:41.530 [main] c.TestInterrupt - 执行打断
java.lang.InterruptedException 
 	at 
java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedSynchronizer.doAcquireInterruptibly(AbstractQueuedSynchr
onizer.java:898) 
 	at 
java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedSynchronizer.acquireInterruptibly(AbstractQueuedSynchron
izer.java:1222) 
 	at java.util.concurrent.locks.ReentrantLock.lockInterruptibly(ReentrantLock.java:335) 
 	at cn.itcast.n4.reentrant.TestInterrupt.lambda$main$0(TestInterrupt.java:17) 
 	at java.lang.Thread.run(Thread.java:748) 
18:02:41.532 [t1] c.TestInterrupt - 等锁的过程中被打断

锁超时

• 使用 lock.tryLock 方法会返回获取锁是否成功。如果成功则返回 true ，反之则返回 false 。
• tryLock 方法可以指定等待时间，参数为：tryLock(long timeout, TimeUnit unit)，其中 timeout 为最长等待时间，TimeUnit 为时间单位。
• 简而言之就是：获取锁失败了、获取超时了或者被打断了，不再阻塞，直接停止运行。

不设置等待时间

public static void main(String[] args) {
		ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
		Thread t1 = new Thread(() -> {
            // 未设置等待时间，一旦获取失败，直接返回false
			if(!lock.tryLock()) {
				System.out.println("获取失败");
                // 获取失败，不再向下执行，返回
				return;
			}
			System.out.println("得到了锁");
			lock.unlock();
		});


		lock.lock();
		try{
			t1.start();
			Thread.sleep(3000);
		} catch (InterruptedException e) {
			e.printStackTrace();
		} finally {
			lock.unlock();
		}
	}

设置等待时间

public static void main(String[] args) {
		ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
		Thread t1 = new Thread(() -> {
			try {
				// 判断获取锁是否成功，最多等待1秒
				if(!lock.tryLock(1, TimeUnit.SECONDS)) {
					System.out.println("获取失败");
					// 获取失败，不再向下执行，直接返回
					return;
				}
			} catch (InterruptedException e) {
				e.printStackTrace();
				// 被打断，不再向下执行，直接返回
				return;
			}
			System.out.println("得到了锁");
			// 释放锁
			lock.unlock();
		});


		lock.lock();
		try{
			t1.start();
			// 打断等待
			t1.interrupt();
			Thread.sleep(3000);
		} catch (InterruptedException e) {
			e.printStackTrace();
		} finally {
			lock.unlock();
		}
	}

公平锁

在线程获取锁失败，进入阻塞队列时，先进入的会在锁被释放后先获得锁。这样的获取方式就是公平的。

// 默认是不公平锁，需要在创建时指定为公平锁
ReentrantLock lock = new ReentrantLock(true);

条件变量

synchronized 中也有条件变量，就是我们讲原理时那个 waitSet 休息室，当条件不满足时进入waitSet 等待。ReentrantLock 的条件变量比 synchronized 强大之处在于，它是支持多个条件变量的，这就好比：

• synchronized 是那些不满足条件的线程都在一间休息室等消息。
• 而 ReentrantLock 支持多间休息室，有专门等烟的休息室、专门等早餐的休息室,唤醒时也是按休息室来唤醒.

使用要点：

• await 前需要获得锁。
• await 执行后，会释放锁，进入 conditionObject 等待。
• await 的线程被唤醒（或打断、或超时）时重新竞争 lock 锁。
• 竞争 lock 锁成功后，从 await 后继续执行。

示例：

public class TestCondition {
    static ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
    static Condition waitCigaretteQueue = lock.newCondition();
    static Condition waitbreakfastQueue = lock.newCondition();
    static volatile boolean hasCigrette = false;
    static volatile boolean hasBreakfast = false;

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        new Thread(() -> {
            lock.lock();
            try {
                while (!hasCigrette) {
                    try {
                        waitCigaretteQueue.await();
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
                log.debug("等到了它的烟");
            }finally {
                lock.unlock();
            }
        }).start();

        new Thread(() -> {
            lock.lock();
            try {
                while (!hasBreakfast) {
                    try {
                        waitbreakfastQueue.await();
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
                log.debug("等到了它的早餐");
            }finally {
                lock.unlock();
            }
        }).start();

        Thread.sleep(1000);
        sendBreakfast();
        Thread.sleep(1000);
        sendCigarette();
    }


    private static void sendCigarette() {
        lock.lock();
        try {
            log.debug("送烟来了");
            hasCigrette = true;
            waitCigaretteQueue.signal();
        }finally {
            lock.unlock();
        }
    }

    private static void  sendBreakfast() {
        lock.lock();
        try {
            log.debug("送早餐来了");
            hasBreakfast = true;
            waitbreakfastQueue.signal();
        }finally {
            lock.unlock();
        }
    }
}

输出：

22:13:53.349 [main] DEBUG com.heu.test.TestCondition - 送早餐来了
22:13:53.359 [Thread-1] DEBUG com.heu.test.TestCondition - 等到了它的早餐
22:13:54.368 [main] DEBUG com.heu.test.TestCondition - 送烟来了
22:13:54.368 [Thread-0] DEBUG com.heu.test.TestCondition - 等到了它的烟

同步模式之顺序控制

线程 1 输出 a 5 次，线程 2 输出 b 5 次，线程 3 输出 c 5 次。现在要求输出 abcabcabcabcabc 怎么实现。

Wait/Notify 实现

 public static void main(String[] args) {
        WaitAndNotify waitAndNotify = new WaitAndNotify(1, 5);

        new Thread(()->{
            waitAndNotify.run("a", 1, 2);
        }).start();
        new Thread(()->{
            waitAndNotify.run("b", 2, 3);
        }).start();
        new Thread(()->{
            waitAndNotify.run("c", 3, 1);
        }).start();
    }
}

class WaitAndNotify {
    public void run(String str, int flag, int nextFlag) {
        for(int i = 0; i < loopNumber; i++) {
            synchronized(this) {
                while (flag != this.flag) {
                    try {
                        this.wait();
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
                System.out.print(str);
                // 设置下一个运行的线程标记
                this.flag = nextFlag;
                // 唤醒所有线程
                this.notifyAll();
            }
        }
    }

    private int flag;
    private int loopNumber;

    public WaitAndNotify(int flag, int loopNumber) {
        this.flag = flag;
        this.loopNumber = loopNumber;
    }

park/unpary 实现

public static Thread t1, t2, t3;
    public static void main(String[] args) {
        ParkAndUnPark obj = new ParkAndUnPark(5);
        t1 = new Thread(() -> {
            obj.run("a", t2);
        });

        t2 = new Thread(() -> {
            obj.run("b", t3);
        });

        t3 = new Thread(() -> {
            obj.run("c", t1);
        });
        t1.start();
        t2.start();
        t3.start();

        LockSupport.unpark(t1);
    }
}

class ParkAndUnPark {
    public void run(String str, Thread nextThread) {
        for(int i = 0; i < loopNumber; i++) {
            LockSupport.park();
            System.out.print(str);
            LockSupport.unpark(nextThread);
        }
    }

    private int loopNumber;

    public ParkAndUnPark(int loopNumber) {
        this.loopNumber = loopNumber;
    }

await/signal 实现

public static void main(String[] args) {
        AwaitAndSignal lock = new AwaitAndSignal(5);
        Condition a = lock.newCondition();
        Condition b = lock.newCondition();
        Condition c = lock.newCondition();
        new Thread(() -> {
            lock.run("a", a, b);
        }).start();

        new Thread(() -> {
            lock.run("b", b, c);
        }).start();

        new Thread(() -> {
            lock.run("c", c, a);
        }).start();

        try {
            Thread.sleep(1000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        lock.lock();
        try {
            a.signal();
        }finally {
            lock.unlock();
        }
    }
}

class AwaitAndSignal extends ReentrantLock {
    public void run(String str, Condition current, Condition nextCondition) {
        for(int i = 0; i < loopNumber; i++) {
            lock();
            try {
                current.await();
                System.out.print(str);
                nextCondition.signal();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            } finally {
                unlock();
            }
        }
    }

    private int loopNumber;

    public AwaitAndSignal(int loopNumber) {
        this.loopNumber = loopNumber;
    }