简介

Java并发包（java.util.concurrent）中提供了很多并发工具，这其中，很多我们耳熟能详的并发工具，譬如ReentrantLock、Semaphore，CountDownLatch，CyclicBarrier，它们的实现都用到了一个共同的基类 - AbstractQueuedSynchronizer，简称AQS。AQS提供了一种原子式管理同步状态、阻塞和唤醒线程功能以及队列模型的简单框架。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。

设计思想

同步器背后的基本思想非常简单，可以参考AQS作者 Doug Lea 的论文：The java.util.concurrent Synchronizer Framework。同步器一般包含两种方法，一种是acquire，另一种是release。

• acquire操作阻塞调用的线程，直到同步状态允许其继续执行。
• release操作则是改变同步状态，使得一或多个被acquire阻塞的线程继续执行。

其中acquire操作伪代码如下：

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while (synchronization state does not allow acquire) {
	enqueue current thread if not already queued;
	possibly block current thread;
}
dequeue current thread if it was queued;

release操作伪代码如下：

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update synchronization state;
if (state may permit a blocked thread to acquire)
	unblock one or more queued threads;

为了实现上述操作，需要下面三个基本组件的相互协作：

• 同步状态的原子性管理；
• 线程的阻塞与解除阻塞；
• 队列的管理；

AQS框架借助于两个类：Unsafe(提供CAS操作) 和 LockSupport(提供park/unpark操作)。

1. 同步状态的原子性管理

AQS类使用单个int（32位）来保存同步状态，并暴露出getState、setState以及compareAndSet操作来读取和更新这个状态。该整数可以表现任何状态。比如， Semaphore 用它来表现剩余的许可数，ReentrantLock 用它来表现拥有它的线程已经请求了多少次锁；FutureTask 用它来表现任务的状态(尚未开始、运行、完成和取消)。

如JDK的文档中所说，使用AQS来实现一个同步器需要覆盖实现如下几个方法，并且使用getState，setState，compareAndSetState这几个方法来设置或者获取状态。

• boolean tryAcquire(int arg)

• boolean tryRelease(int arg)

• int tryAcquireShared(int arg)

• boolean tryReleaseShared(int arg)

• boolean isHeldExclusively()

以上方法不需要全部实现，根据获取的锁的种类可以选择实现不同的方法，支持独占(排他)获取锁的同步器应该实现tryAcquire、 tryRelease、isHeldExclusively而支持共享获取的同步器应该实现tryAcquireShared、tryReleaseShared、isHeldExclusively。下面以 CountDownLatch 举例说明基于AQS实现同步器, CountDownLatch 用同步状态持有当前计数，countDown方法调用 release从而导致计数器递减；当计数器为0时，解除所有线程的等待；await调用acquire，如果计数器为0，acquire 会立即返回，否则阻塞。

参考资料

• The java.util.concurrent Synchronizer Framework - AQS框架作者Doug Lea的论文
• The j.u.c Synchronizer Framework翻译(二)设计与实现
• Java多线程（九）之ReentrantLock与Condition

前言

最近开发的组件时常出现了运行时加载so库失败问题，每天都会有java.lang.UnsatisfiedLinkError的错误爆出来，而且线上总是偶然复现，很疑惑。所以本文将从AOSP源码简单跟踪Android中的动态链接库so的加载原理，试图找出一丝线索。

加载入口

首先我们知道在Android(Java)中加载一个动态链接库非常简单。就是我们日常调用的 System.load(Sring filename) 或者System.loadLibrary(String libname)开始。 看过《理解JNI技术》的应该知道上述代码执行过程中会调用native层的JNI_OnLoad()方法，一般用于动态注册native方法。

# System.loadLibrary

[System.java]

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public static void loadLibrary(String libname) {
    Runtime.getRuntime().loadLibrary0(VMStack.getCallingClassLoader(), libname);
}

此处VMStack.getCallingClassLoader()拿到的是调用者的ClassLoader，一般情况下是PathClassLoader。我们进入Runtime类的loadLibrary0()方法看看。

[Runtime.java]

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synchronized void loadLibrary0(ClassLoader loader, String libname) {
    if (libname.indexOf((int)File.separatorChar) != -1) {
        throw new UnsatisfiedLinkError("Directory separator should not appear in library name: " + libname);
    }
    String libraryName = libname;
    // 1. 如果classloder存在，通过loader.findLibrary()查找到so路径
    if (loader != null) {
        String filename = loader.findLibrary(libraryName);
        if (filename == null) {
            // It's not necessarily true that the ClassLoader used
            // System.mapLibraryName, but the default setup does, and it's
            // misleading to say we didn't find "libMyLibrary.so" when we
            // actually searched for "liblibMyLibrary.so.so".
            throw new UnsatisfiedLinkError(loader + " couldn't find \"" +
                                           System.mapLibraryName(libraryName) + "\"");
        }
        String error = doLoad(filename, loader);
        if (error != null) {
            throw new UnsatisfiedLinkError(error);
        }
        return;
    }

    // 2. 如果classloder不存在，通过loader.findLibrary()查找到so路径
    String filename = System.mapLibraryName(libraryName);
    List<String> candidates = new ArrayList<String>();
    String lastError = null;
    for (String directory : getLibPaths()) {	// getLibPaths()代码在最下方
        String candidate = directory + filename;
        candidates.add(candidate);

        if (IoUtils.canOpenReadOnly(candidate)) {
            String error = doLoad(candidate, loader);
            if (error == null) {
                return; // We successfully loaded the library. Job done.
            }
            lastError = error;
        }
    }

    // 3. 都没找到，抛出 UnsatisfiedLinkError 异常
    if (lastError != null) {
        throw new UnsatisfiedLinkError(lastError);
    }
    throw new UnsatisfiedLinkError("Library " + libraryName + " not found; tried " + candidates);
}

Atomic原子操作

Java从JDK1.5开始提供了java.util.concurrent.atomic包，方便程序员在多线程环境下，无锁的进行原子操作。原子变量的底层使用了处理器提供的原子指令，但是不同的CPU架构可能提供的原子指令不一样，也有可能需要某种形式的内部锁,所以该方法不能绝对保证线程不被阻塞。

在Atomic包里一共有12个类，四种原子更新方式，分别是原子更新基本类型，原子更新数组，原子更新引用和原子更新字段。Atomic包里的类基本都是使用Unsafe实现的包装类。

• 原子更新基本类型类： AtomicBoolean，AtomicInteger，AtomicLong，AtomicReference
• 原子更新数组类：AtomicIntegerArray，AtomicLongArray
• 原子更新引用类型：AtomicMarkableReference，AtomicStampedReference，AtomicReferenceArray
• 原子更新字段类：AtomicLongFieldUpdater，AtomicIntegerFieldUpdater，AtomicReferenceFieldUpdater

详细介绍可以参考：Java中的Atomic包使用指南

Atomic的原理

下面通过AtomicInteger的源码来看一下是怎么在没有锁的情况下保证数据正确性。首先看一下incrementAndGet()方法的实现：

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/**
 * Atomically increments by one the current value.
 * @return the updated value
 */
public final int incrementAndGet() {
    return unsafe.getAndAddInt(this, valueOffset, 1) + 1;
}

几个概念

用户空间与内核空间

现在操作系统都是采用虚拟存储器，那么对32位操作系统而言，它的寻址空间（虚拟存储空间）为4G（2的32次方）。操作系统的核心是内核，独立于普通的应用程序，可以访问受保护的内存空间，也有访问底层硬件设备的所有权限。为了保证用户进程不能直接操作内核（kernel），保证内核的安全，操心系统将虚拟空间划分为两部分，一部分为内核空间，一部分为用户空间。针对linux操作系统而言，将最高的1G字节（从虚拟地址0xC0000000到0xFFFFFFFF），供内核使用，称为内核空间，而将较低的3G字节（从虚拟地址0x00000000到0xBFFFFFFF），供各个进程使用，称为用户空间。

在Linux世界，进程不能直接访问硬件设备，当进程需要访问硬件设备(比如读取磁盘文件，接收网络数据等等)时，必须由用户态模式切换至内核态模式，通过系统调用访问硬件设备。

文件描述符fd

文件描述符（File descriptor）是计算机科学中的一个术语，是一个用于表述指向文件的引用的抽象化概念。

文件描述符在形式上是一个非负整数。实际上，它是一个索引值，指向内核为每一个进程所维护的该进程打开文件的记录表。当程序打开一个现有文件或者创建一个新文件时，内核向进程返回一个文件描述符。在程序设计中，一些涉及底层的程序编写往往会围绕着文件描述符展开。但是文件描述符这一概念往往只适用于UNIX、Linux这样的操作系统。

简介

join()是Thread类的一个方法。根据jdk文档的定义：

public final void join()throws InterruptedException: Waits for this thread to die.

join()方法的作用，是等待这个线程结束；但显然，这样的定义并不清晰。个人认为”Java 7 Concurrency Cookbook”的定义较为清晰：

join() method suspends the execution of the calling thread until the object called finishes its execution.

也就是说，t.join()方法阻塞调用此方法的线程(calling thread)，直到线程t完成，此线程再继续；通常用于在main()主线程内，等待其它线程完成再结束main()主线程。我们来看看下面的例子。

Retrofit简介

retrofit n. 式样翻新，花样翻新 vt. 给机器设备装配（新部件），翻新，改型

Retrofit 是一个 RESTful 的 HTTP 网络请求框架的封装。注意这里并没有说它是网络请求框架，主要原因在于网络请求的工作并不是 Retrofit 来完成的。Retrofit 2.0 开始内置 OkHttp，前者专注于接口的封装，后者专注于真正的网络请求。即通过 大量的设计模式 封装了 OkHttp ，使得简洁易用。

我们的应用程序通过 Retrofit 请求网络，实际上是使用 Retrofit 接口层封装请求参数、Header、Url 等信息，之后由 OkHttp完成后续的请求操作，在服务端返回数据之后，OkHttp 将原始的结果交给 Retrofit，后者根据用户的需求对结果进行解析的过程。Retrofit的大概原理过程如下：

1. Retrofit 将 Http请求 抽象 成 Java接口
2. 在接口里用 注解 描述和配置 网络请求参数
3. 用动态代理 的方式，动态将网络请求接口的注解 解析 成HTTP请求
4. 最后执行HTTP请求

这篇文章我将从Retrofit的基本用法出发，按照其使用步骤，一步步的探究Retrofit的实现原理及其源码的设计模式。

Retrofit Github: https://github.com/square/retrofit

使用步骤

使用 Retrofit 非常简单，首先需要在 build.gradle 中添加依赖：

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implementation 'com.squareup.retrofit2:retrofit:2.4.0'

如果需要使用Gson解析器，也需要在build.gradle中添加依赖（后文会详细讲到Retrofit的Converter）：

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implementation 'com.squareup.retrofit2:converter-gson:2.0.2'

1. 定义Interface

Retrofit使用java interface和注解描述了HTTP请求的API参数，比如Github的一个API：

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public interface GitHubService {
  @GET("users/{user}/repos")
  Call<List<Repo>> listRepos(@Path("user") String user);
}

Android本身并没有提供监听App的前后台切换操作的方法。最近看到一种简单巧妙的方法来监听前后台，这里分享记录一下。

一、Activity生命周期

我们知道在Android中，两个Activity，分别为A和B。假设此时A在前台，当A启动B时，他们俩之间的生命周期关系如下，可以参考之前的这篇文章【Android】Activity与Fragment的生命周期的关系：

A.onPause() -> B.onCreate() -> B.onStart() -> B.onResume() -> A.onStop()

也就是说B的onStart()方法是在A的onStop()方法之前执行的，我们可以根据这点来做文章。在所有Activity的onStart()和onStop()方法中进行计数，计数变量为count，在onStart中将变量加1，onStop中减1。

那么这个count在整个App的生命周期里的值就会像下面这样：

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count
2|          _     _     _     _
1|     ____| |___| |___| |___| |____
0| ___|                             |___
 ===========================================> 时间
      a     b     c                 d

横轴表示时间，纵轴表示count的值。那么a、b、c、d四个时间点发生的事情如下：

1. a点就是启动了应用；
2. b点是Activity_A启动了另一个Activity_B；
3. c点是Activity_B启动了另一个Activity_C，后面以此类推；
4. d点是应用切换到了后台；

从上面的情况看出，可以通过对count计数为0，来判断应用被从前台切到了后台。同样的，从后台切到前台也是类似的道理。具体实现看后面的代码。

引言

线程池：可以理解为缓冲区，由于频繁的创建销毁线程会带来一定的成本，可以预先创建但不立即销毁，以共享方式为别人提供服务，一来可以提供效率，再者可以控制线程无线扩张。合理利用线程池能够带来三个好处：

1. 降低资源消耗。通过重复利用已创建的线程降低线程创建和销毁造成的消耗。
2. 提高响应速度。当任务到达时，任务可以不需要等到线程创建就能立即执行。
3. 提高线程的可管理性。线程是稀缺资源，如果无限制的创建，不仅会消耗系统资源，还会降低系统的稳定性，使用线程池可以进行统一的分配，调优和监控。

但是要做到合理的利用线程池，必须对其原理了如指掌。

线程的几种状态

线程在一定条件下，状态会发生变化。根据线程的几种状态这篇文章，线程一共有以下几种状态：

1、新建状态(New)：新创建了一个线程对象。
2、就绪状态(Runnable)：线程对象创建后，其他线程调用了该对象的start()方法。该状态的线程位于“可运行线程池”中，变得可运行，只等待获取CPU的使用权，即在就绪状态的线程除CPU之外，其它的运行所需资源都已全部获得。
3、运行状态(Running)：就绪状态的线程获取了CPU，执行程序代码。
4、阻塞状态(Blocked)：阻塞状态是线程因为某种原因放弃CPU使用权，暂时停止运行。直到线程进入就绪状态，才有机会转到运行状态。阻塞的情况分三种：

• ①. 等待阻塞：运行的线程执行wait()方法，该线程会释放占用的所有资源，JVM会把该线程放入“等待池”中。进入这个状态后，是不能自动唤醒的必须依靠其他线程调用notify()或notifyAll()方法才能被唤醒。
• ②. 同步阻塞：运行的线程在获取对象的同步锁时，若该同步锁被别的线程占用，则JVM会把该线程放入“锁池”中。
• ③. 其他阻塞：运行的线程执行sleep()或join()方法，或者发出了I/O请求时，JVM会把该线程置为阻塞状态。当sleep()状态超时、join()等待线程终止或者超时，或者I/O处理完毕时，线程重新转入就绪状态。

5、死亡状态(Dead)：线程执行完了或者因异常退出了run()方法，该线程结束生命周期。

Android为我们提供了两种HTTP交互的方式：HttpURLConnection 和 Apache HttpClient，虽然两者都支持HTTPS，流的上传和下载，配置超时，IPv6和连接池，已足够满足我们各种HTTP请求的需求。但更高效的使用HTTP 可以让您的应用运行更快、更节省流量。而OkHttp库就是为此而生。在开始分析OkHttp之前我们先了解一下 HttpURLConnection 和 HttpClient 两者之间关系，以及它们和 OkHttp 之间的关系。

HttpClient vs HttpURLConnection

在Android API Level 9（Android 2.2）之前只能使用HttpClient类发送http请求。HttpClient是Apache用于发送http请求的客户端，其提供了强大的API支持，而且基本没有什么bug，但是由于其太过复杂，Android团队在保持向后兼容的情况下，很难对DefaultHttpClient进行增强。为此，Android团队从Android API Level 9开始自己实现了一个发送http请求的客户端类 —— HttpURLConnection。

相比于DefaultHttpClient，HttpURLConnection比较轻量级，虽然功能没有DefaultHttpClient那么强大，但是能够满足大部分的需求，所以Android推荐使用HttpURLConnection代替DefaultHttpClient，并不强制使用HttpURLConnection。

但从Android API Level 23（Android 6.0）开始，不能再在Android中使用HttpClient，强制使用HttpURLConnection。参考官网：Android 6.0 Changes - Google Developer

Android 6.0 版移除了对 Apache HTTP client的支持。如果您的应用使用该客户端，并以 Android 2.3（API level 9）或更高版本为目标平台，请改用 HttpURLConnection 类。此 API 效率更高，因为它可以通过透明压缩和响应缓存减少网络使用，并可最大限度降低耗电量。要继续使用 Apache HTTP API，您必须先在 build.gradle 文件中声明以下编译时依赖项：

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android {
    useLibrary 'org.apache.http.legacy'
}

断点续传的原理

其实断点续传的原理很简单，就是在 Http 的请求上和一般的下载有所不同而已。
打个比方，浏览器请求服务器上的一个文时，所发出的请求如下：
假设服务器域名为 www.sjtu.edu.cn，文件名为 down.zip。

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GET /down.zip HTTP/1.1 
Accept: image/gif, image/x-xbitmap, image/jpeg, image/pjpeg, application/vnd.ms- 
excel, application/msword, application/vnd.ms-powerpoint, */* 
Accept-Language: zh-cn 
Accept-Encoding: gzip, deflate 
User-Agent: Mozilla/4.0 (compatible; MSIE 5.01; Windows NT 5.0) 
Connection: Keep-Alive

服务器收到请求后，按要求寻找请求的文件，提取文件的信息，然后返回给浏览器，返回信息如下：

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200 
Content-Length=106786028 
Accept-Ranges=bytes 
Date=Mon, 30 Apr 2001 12:56:11 GMT 
ETag=W/"02ca57e173c11:95b" 
Content-Type=application/octet-stream 
Server=Microsoft-IIS/5.0 
Last-Modified=Mon, 30 Apr 2001 12:56:11 GMT