主题
界面
Lock、CAS 与 AQS
1. 本节定位
《synchronized 与 volatile》 的手段只有两种；本节打开无锁并发（CAS）与锁的增强版（Lock/AQS）：
★ 本节实测（LockCasLesson）：
text
CAS 10 万次自增：一次不丢（纯无锁）✓✓
ABA：普通 CAS 误判，版本号 CAS 察觉 ✓✓
可中断锁：死锁解除 ✓✓✓2. 学习目标
- 理解 CAS 原理与适用边界（低竞争优/高竞争自旋耗 CPU）★★★；
- 知道 ABA 问题与版本号解法 ★★★；
- 知道 ReentrantLock 相比 synchronized 的三个增强与一个代价 ★★★；
- 理解 AQS 是「state + 等待队列」的骨架 ★★★。
3. 前置知识检查
- 知道 synchronized 能力边界吗？（《synchronized 与 volatile》）✓
4. 为什么需要这个知识
★ synchronized 三个做不到 ✗：
等锁不可中断（死锁只能重启）✗✗；不能超时 ✗；没有公平模式 ✗
CAS 则提供另一条路：不上锁，用「失败重试」实现原子性 ✓✓
5. 核心概念
5.1 CAS：无锁的原子 ★★★
text
读旧值 → 算新值 → 旧值没变才写回（CPU 原子指令）✓
失败就自旋重试，不上锁 —— 所以叫「无锁并发」✓✓实测：AtomicInteger 10 万次自增（100 线程）一次不丢 ✓✓
★ 边界 ✓✓：低竞争 CAS 优；高竞争自旋重试耗 CPU ⚠️ → LongAdder 分段 ✓
5.2 ABA 与版本号 ★★★
text
值 A → B → A：CAS 察觉不到（值没变）✗实测：普通引用 CAS 误判成功 ✗✗；AtomicStampedReference（版本号）察觉 ✓✓
★ 何时危险 ✗✗：值 = 余额（被扣又退回 → 重复扣款）✗✗ 解法：版本号 / 时间戳 / 数据库条件 UPDATE（项目 A/B 本质就是它 ✓✓）
5.3 ReentrantLock 能力矩阵 ★★★
| 能力 | synchronized | ReentrantLock |
|---|---|---|
| 可超时 tryLock(ms) | 没有 ✗ | 有 ✓✓ |
| 可中断 | 没有 ✗✗ | lockInterruptibly ✓✓✓ |
| 公平模式 | 没有 | 有 ⚠️（吞吐降） |
| 条件队列 | 单个 | 多个 Condition ✓ |
| 使用难度 | 简单（自动释放） ✓✓ | 必须 finally unlock ✗✗ |
实测：公平锁按申请顺序拿锁 ✓✓
★★ 默认选 synchronized，需要上述能力才换 Lock ✓✓✓
5.4 可中断锁：死锁的逃生门 ★★★
实测：两线程互等（死锁）→ 中断其中一个 → 死锁解除 ✓✓✓
synchronized 等锁不可中断 ✗✗ —— 死锁只能重启进程 ✗✗ （这也是 jstack 发现死锁后没有别的办法的原因 ⚠️）
5.5 AQS：state + 等待队列的骨架 ★★★
| 本实验用的 | AQS 对应 |
|---|---|
| ReentrantLock.lock() | 独占模式（state 0→1）✓ |
| lockInterruptibly() | 等锁线程在队列中被中断唤醒 ✓✓ |
| Semaphore / CountDownLatch | 共享模式（state 递减）✓✓ |
| Condition | AQS 条件队列 ✓ |
★ 一句话：你只实现「state 怎么算拿到/释放」，排队与唤醒它帮你做 ✓✓✓
6. 递进示例
6.1 CAS 自增
java
counter.incrementAndGet(); // CAS 自旋，无锁 ✓6.2 超时获取
java
if (lock.tryLock(1, TimeUnit.SECONDS)) { // 1 秒拿不到就放弃
try { ... } finally { lock.unlock(); }
}6.3 反例：ReentrantLock 忘记 unlock
java
lock.lock();
doSomething(); // ✗ 抛异常 → 永不释放 → 全部线程卡死 ✗✗
lock.unlock(); // 必须放 finally ✓✓7. 完整可运行代码与实测
代码：labs/java-deep/src/main/java/cn/kb/learn/deep/concurrency/LockCasLesson.java
实测输出（关键部分）：
text
===== 1. CAS：AtomicInteger 10 万次自增 =====
期望 100000，实际 100000 —— 一次不丢 ✓✓（纯无锁）
===== 2. ABA：值 A→B→A，普通 CAS 察觉不到 =====
普通 CAS(1→3)：成功？true ✗✗（中途被改成 2 再改回 1，CAS 以为没动过）
带版本号 CAS(1→3)：成功？false ✓✓（值回到 1，但盖章从 0 变到 2，写入被拒）
===== 3. 公平锁 =====
线程-A → 线程-B → 线程-C（按申请顺序）✓✓
===== 4. 可中断锁 =====
线程-1 等 B 时被中断，放弃 ✓✓（死锁解除）8. Debug 观察点
- 高竞争（100 线程）对比 AtomicLong vs LongAdder ✓✓；
- 用 jstack 看死锁（找 "Found one Java-level deadlock"）✓✓；
- 公平锁吞吐 vs 非公平锁 ⚠️。
9. 常见错误
| # | 错误 | 说明 |
|---|---|---|
| 1 | ReentrantLock 忘 finally unlock ✗✗✗ | 死等 ✓✓ |
| 2 | 忽视 ABA ✗✗ | 余额类场景重复扣款 ✓✓ |
| 3 | 高竞争硬用 CAS 自旋 ✗ | CPU 空转 → LongAdder ✓ |
| 4 | 公平锁当默认 ✗ | 吞吐下降 ⚠️ |
| 5 | 中断后不恢复中断标志 ✗ | 吞掉中断信号 ⚠️ |
10. 动手实验
- 跑三个实验，记录数据 ✓✓；
- 把 AtomicInteger 换 LongAdder，高竞争下对比 ✓✓；
- 构造死锁并用 jstack 确认，再用 lockInterruptibly 解除 ★★★。
验收方式：能画出 AQS 的「state + 队列」模型。
扩展任务：用 AQS 自定义一个只允许 2 个线程同时执行的同步器（Semaphore(2) 的简化版）✓✓
11. 练习题
- CAS 三个词的全称？
- ABA 的本质是什么（CAS 只比较了哪里的值）？解法是什么？
- synchronized 与 ReentrantLock 怎么选？
- Semaphore 与 CountDownLatch 在 AQS 里是什么模式？
- 为什么 LongAdder 高竞争更快？
参考答案（要点）
- Compare-And-Swap（比较并交换）✓
- 内存；版本号/时间戳（AtomicStampedReference）✓★
- 默认 synchronized（简单、自动释放）✓✓；需要可中断/超时/公平/多条件才换 Lock ✓✓★
- 都是共享模式 ✓（state 递减）★
- 分段求和（Cell 数组摊开竞争）✓✓★
12. 掌握标准
- [ ] 理解 CAS 原理与边界 ★★★；
- [ ] 知道 ABA 与解法 ★★★；
- [ ] 知道 ReentrantLock 的增强与代价 ★★★；
- [ ] 理解 AQS 骨架 ★★★。
13. 扩展资源
14. 下一步学习
进度只保存在本机浏览器，可随时清除