java.util.concurrent

CAS — одна атомарная аппаратная инструкция: она записывает новое значение, только если в памяти всё ещё лежит ожидаемое старое, иначе терпит неудачу. AtomicInteger.incrementAndGet() читает значение, вычисляет old + 1 и повторяет CAS в цикле, пока не выиграет. Ни один поток не блокируется — проигравший просто перечитывает и пробует снова, так что нет ни блокировки, ни переключения контекста.

Оба — реентерабельные блокировки взаимного исключения, но ReentrantLock — явный объект, поэтому он добавляет то, чего блок дать не может: tryLock() с таймаутом, прерываемый захват, необязательную честную очередь и несколько объектов Condition. Плата — ручная дисциплина: unlock() обязан стоять в блоке finally, тогда как synchronized освобождается сам на выходе из блока.

Реентерабельность означает, что поток, уже владеющий блокировкой, может захватить её снова, а не блокировать сам себя. Блокировка хранит поток-владелец и счётчик захватов: каждый повторный захват увеличивает его, а каждое освобождение уменьшает, и блокировка снимается лишь когда счётчик возвращается к нулю. И synchronized, и ReentrantLock реентерабельны, поэтому один synchronized-метод может безопасно вызвать другой на том же объекте.

Collections.synchronizedList() оборачивает список так, что одна блокировка защищает каждый метод: чтения блокируют друг друга, а итерацию всё равно приходится синхронизировать вручную. CopyOnWriteArrayList копирует внутренний массив на каждой записи, поэтому чтения не берут блокировку вовсе, а каждый итератор видит неизменяемый снимок.

Чтения не берут блокировку: таблица и её узлы объявлены volatile, поэтому get() просто проходит по корзине. Запись же блокирует лишь головной узел той единственной корзины, в которую попал хеш, поэтому писатели из разных корзин идут параллельно, а пустая корзина заполняется через compare-and-swap. Java 8 заменила фиксированный массив сегментов Java 7 на такую поэлементную блокировку.

Встроенный монитор даёт объекту ровно одну очередь ожидания, поэтому производители и потребители стоят в ней вместе, и notifyAll() вынужден будить всех подряд. ReentrantLock умеет создавать несколько объектов Condition, у каждого своя очередь, поэтому notFull.signal() разбудит только производителей. В остальном await()/signal() повторяют wait()/notify() и требуют удерживать блокировку.

CountDownLatch одноразов и однонаправлен: ждущие стоят в await(), пока другие потоки не сведут счётчик к нулю вызовами countDown(), и сбросить его нельзя никогда. CyclicBarrier — это встреча N участников, ждущих друг друга: когда приходит последний, освобождаются все, выполняется необязательное действие барьера, и барьер сбрасывается к следующему кругу.

Он заменяет самописный код на мониторе готовыми проверенными блоками: явные блокировки, атомики, конкурентные коллекции, пулы executor'ов и синхронизаторы. Вы собираете решение из примитивов, а не пишете циклы wait/notify вручную.

Поток читает A, застревает, пока другой меняет значение на B и обратно на A, и его CAS проходит, хотя состояние, о котором он рассуждал, уже исчезло: в lock-free стеке снятый узел могут переиспользовать и переподвязать, испортив список. Лечение — версионировать ссылку: AtomicStampedReference соединяет её со счётчиком, поэтому CAS сравнивает обе части и проваливается после любого промежуточного изменения.