[!info] 关联笔记

• 所属 MOC：并发 · 学习路线
• 前置概念：synchronized 与 volatile · 线程
• 后续概念：并发集合 · 线程池
• 容易混淆：公平锁性能、CAS ABA

Java JUC 锁与原子类

这个概念为什么出现

synchronized 简洁，但缺少超时获取、可中断获取、多条件队列等能力。java.util.concurrent.locks 与原子类提供更细控制与无锁算法基础（CAS）。

[!abstract] 一句话理解 ReentrantLock 等提供显式加解锁与高级特性；Atomic* 用 CAS 更新单变量；选它们是因为需求超出内置锁或单变量热点更新。

最小可运行示例

场景：抢券用原子计数；复杂临界区用 ReentrantLock 超时

import java.util.concurrent.TimeUnit;
import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

public class CouponRace {
    private final AtomicInteger remaining = new AtomicInteger(1);
    private final ReentrantLock lock = new ReentrantLock();

    boolean tryTakeAtomic() {
        while (true) {
            int cur = remaining.get();
            if (cur <= 0) return false;
            if (remaining.compareAndSet(cur, cur - 1)) return true;
        }
    }

    boolean tryCriticalWork() throws InterruptedException {
        if (lock.tryLock(50, TimeUnit.MILLISECONDS)) {
            try {
                return true; // 模拟临界区
            } finally {
                lock.unlock();
            }
        }
        return false;
    }

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        CouponRace r = new CouponRace();
        System.out.println(r.tryTakeAtomic());
        System.out.println(r.tryTakeAtomic());
        System.out.println(r.tryCriticalWork());
    }
}

建议运行：

javac CouponRace.java && java CouponRace

期望输出：

true
false
true

结合场景再看三个关注点

1. CAS 循环处理竞争。
2. unlock 必须在 finally。
3. 超时锁避免死等。

核心概念与准确模型

1. ReentrantLock

• 可重入
• 公平/非公平
• lockInterruptibly / tryLock
• 多 Condition

2. 读写锁

• ReadWriteLock：读多写少场景（先测量）

3. 原子类

• AtomicInteger/AtomicReference/LongAdder 等
• 单变量更新；复杂不变量仍要锁或无锁结构

边界情况与反直觉行为

1. 忘记 unlock → 永久阻塞。
2. CAS ABA 问题（需要时用 AtomicStampedReference）。
3. 公平锁吞吐可能更差。

常见误区

[!warning] 常见误区：所有地方替换为 ReentrantLock 无额外需求时 synchronized 更简单；可读性也是正确性的一部分。

工程实践

1. 锁对象私有。
2. 热点计数考虑 LongAdder。
3. 与业务事务边界对齐，避免锁跨越远程调用。
4. 死锁诊断用线程转储。

本节总结

• 显式锁=更多控制
• 原子类=单变量 CAS
• 简单场景不炫技

自测题

1. 何时用 tryLock 超时？
2. AtomicInteger 能否保护“扣库存并记日志两步不变量”？

参考答案

1. 避免死等、实现降级快速失败。
2. 不能单独保证多步骤不变量，需要更高层同步/事务设计。

延伸阅读与资料来源

资料	类型	支撑内容
java.util.concurrent.locks	API	锁
Atomic variables tutorial	教程	原子变量