reentrantlock和sychronized的区别

synchronized 和 ReentrantLock 都是 Java 中提供的可重入锁，二者的主要区别有以下 5 个：

  1. 用法不同：synchronized 可以用来修饰普通方法、静态方法和代码块，而 ReentrantLock 只能用于代码块。
  2. 获取锁和释放锁的机制不同：synchronized 是自动加锁和释放锁的，而 ReentrantLock 需要手动加锁和释放锁。
  3. 锁类型不同：synchronized 是非公平锁，而 ReentrantLock 默认为非公平锁，也可以手动指定为公平锁。
  4. 响应中断不同：ReentrantLock 可以响应中断，解决死锁的问题，而 synchronized 不能响应中断。
  5. 底层实现不同：synchronized 是 JVM 层面通过监视器实现的，而 ReentrantLock 是基于 AQS 实现的。

什么是AQS

AQS是一个用来构建锁和同步器的框架，使用AQS能简单且高效地构造出应用广泛的大量的同步器，比如我们提到的ReentrantLock，Semaphore，其他的诸如ReentrantReadWriteLock，SynchronousQueue，FutureTask等等皆是基于AQS的。当然，我们自己也能利用AQS非常轻松容易地构造出符合我们自己需求的同步器。

AQS 的核心思想

AQS核心思想是，如果被请求的共享资源空闲，则将当前请求资源的线程设置为有效的工作线程，并且将共享资源设置为锁定状态。如果被请求的共享资源被占用，那么就需要一套线程阻塞等待以及被唤醒时锁分配的机制，这个机制AQS是用CLH队列锁实现的，即将暂时获取不到锁的线程加入到队列中。 CLH(Craig,Landin,and Hagersten)队列是一个虚拟的双向队列(虚拟的双向队列即不存在队列实例，仅存在结点之间的关联关系)。AQS是将每条请求共享资源的线程封装成一个CLH锁队列的一个结点(Node)来实现锁的分配。 AQS使用一个int成员变量来表示同步状态，通过内置的FIFO队列来完成获取资源线程的排队工作。AQS使用CAS对该同步状态进行原子操作实现对其值的修改。

什么是CAS

CAS是Compare-And-Swap（比较并交换）的缩写，是一种轻量级的同步机制，主要用于实现多线程环境下的无锁算法和数据结构，保证了并发安全性。它可以在不使用锁（如synchronized、Lock）的情况下，对共享数据进行线程安全的操作。

CAS操作主要有三个参数：要更新的内存位置、期望的值和新值。CAS操作的执行过程如下：

首先，获取要更新的内存位置的值，记为var。
然后，将期望值expected与var进行比较，如果两者相等，则将内存位置的值var更新为新值new。
如果两者不相等，则说明有其他线程修改了内存位置的值var，此时CAS操作失败，需要重新尝试。

原理相关的Unsafe类

前面提到，CAS是一种原子操作。那么Java是怎样来使用CAS的呢？我们知道，在Java中，如果一个方法是native的，那Java就不负责具体实现它，而是交给底层的JVM使用c或者c++去实现。

Unsafe类是JDK提供的一个不安全的类，它提供了一些底层的操作，包括内存操作、线程调度、对象实例化等。它的作用是让Java可以在底层直接操作内存，从而提高程序的效率。但是，由于Unsafe类是不安全的，所以只有JDK开发人员才能使用它，普通开发者不建议使用。它里面大多是一些native方法，其中就有几个关于CAS的：

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boolean compareAndSwapObject(Object o, long offset,Object expected, Object x);
boolean compareAndSwapInt(Object o, long offset,int expected,int x);
boolean compareAndSwapLong(Object o, long offset,long expected,long x);

具体的实现过程如下：

调用compareAndSwapInt、compareAndSwapLong或compareAndSwapObject方法时，会传入三个参数，分别是需要修改的变量V、期望的值A和新值B。
方法会先读取变量V的当前值，如果当前值等于期望的值A，则使用新值B来更新变量V，否则不做任何操作。
方法会返回更新操作是否成功的标志，如果更新成功，则返回true，否则返回false。
由于CAS操作是基于底层硬件支持的原子性指令来实现的，所以它可以保证操作的原子性和线程安全性，同时也可以避免使用锁带来的性能开销。因此，CAS操作广泛应用于并发编程中，比如实现无锁数据结构、实现线程安全的计数器等。

ABA问题

何为ABA

ABA问题指在CAS操作过程中，如果变量的值被改为了 A、B、再改回 A，而CAS操作是能够成功的，这时候就可能导致程序出现意外的结果。

在高并发场景下，使用CAS操作可能存在ABA问题，也就是在一个值被修改之前，先被其他线程修改为另外的值，然后再被修改回原值，此时CAS操作会认为这个值没有被修改过，导致数据不一致。

解决方案

为了解决ABA问题，Java中提供了AtomicStampedReference类，该类通过使用版本号的方式来解决ABA问题。每个共享变量都会关联一个版本号，CAS操作时需要同时检查值和版本号是否匹配。因此，如果共享变量的值被改变了，版本号也会发生变化，即使共享变量被改回原来的值，版本号也不同，因此CAS操作会失败。