本文对Java的一些锁的概念和实现做个整理,涉及:公平锁和非公平锁、可重入锁(又名递归锁)、自旋锁、独占锁(写)/共享锁(读)/互斥锁、读写锁
公平锁:公平锁就很公平。在并发环境中,每个线程在获取锁时会先查看这个锁维护的等待队列,如果为空,即当前线程是等待队列中的第一个就占有锁,否则就加入等待队列中,根据FIFO的规则等待占有锁。
非公平锁:这个就很不公平了。在并发环境中,每个线程一上来不管三七二十一就尝试抢占锁,没有抢到锁再采用类似公平锁的那种机制。
可重入锁也叫递归锁,指同一个线程在获得了外层函数的锁后,内层递归函数仍然能获取该锁的代码。也就是说,同一线程在外层方法获得锁后,在进入内层方法会自动获取锁。
可重入锁最大的作用就是避免死锁
ReentrantLock和synchronized都是典型的可重入锁,给出ReentrantLock和synchronized同步锁的代码实现:
1.使用sychronized关键字演示可重入锁:
public class SychronizedDemo {
public static void main(String[] args) {
Phone phone = new Phone();
new Thread(()->{
phone.call();
},"thread1").start();
new Thread(()->{
try {
TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
phone.sendSMS();
},"thread2").start();
}
}
class Phone{
public synchronized void call(){
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\t 拨打电话");
try {
TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
sendSMS();
}
public synchronized void sendSMS(){
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\t 发短信");
}
}
代码解读:
这段代码的输出结果是多少呢?有人可能会认为是:
thread1 拨打电话
thread2 发短信
thread1 发短信
因为在线程1获得了call方法的锁输出了“thread1拨打电话”之后睡眠了2秒,然后这时线程2肯定能够枪到sendSMS方法的锁输出“thread2发短信”最后才是线程1醒了获取到sendSMS方法的锁输出“thread1发短信”。
这种想法是没错,但不要忘了sychronized是可重入锁,在线程1得到call方法的锁后就已经得到了其方法内部的sendSMS方法的锁,这时线程2去执行sendSMS方法的时候会发现该方法是出于锁住的状态然后线程2阻塞,等到线程1执行完call方法释放sendSMS方法的锁之后线程2才能继续执行。所以正确的输出结果是:
thread1 拨打电话
thread1 发短信
thread2 发短信
2.使用ReentrantLock演示可重入锁:
public class ReentrantLockDemo {
public static void main(String[] args) {
Phone2 phone = new Phone2();
new Thread(()->{
phone.call();
},"thread1").start();
new Thread(()->{
try {
TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
phone.sendSMS();
},"thread2").start();
}
}
class Phone2{
Lock lock = new ReentrantLock();
public void call(){
try{
lock.lock();
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\t 拨打电话");
try {
TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
sendSMS();
}finally {
lock.unlock();
}
}
public void sendSMS(){
try {
lock.lock();
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\t 发短信");
}finally {
lock.unlock();
}
}
}
输出结果和使用sychronized一样。
自旋锁是指尝试获取锁的线程不会立即阻塞,而是采用循环的方式去获取锁,这样的好处是减少线程上下文切换带来的消耗,但是循环会带来CPU的消耗。
其实CAS的核心实现类UnSafe采用的就是自旋锁:
public final int getAndAddInt(Object var1, long var2, int var4) {
int var5;
do {
var5 = this.getIntVolatile(var1, var2);
} while(!this.compareAndSwapInt(var1, var2, var5, var5 + var4));
return var5;
}
自写自旋锁实现:
public class SpinLockDemo {
private AtomicReference<Thread> atomicReference = new AtomicReference<>();
public void myLock(){
Thread thread = Thread.currentThread();
System.out.println(thread.getName() + " come in");
while (!atomicReference.compareAndSet(null,thread)){
}
System.out.println(thread.getName() + " 获得锁");
}
public void myUnLock(){
Thread thread = Thread.currentThread();
atomicReference.compareAndSet(thread,null);
System.out.println(thread.getName() + " myUnLock");
}
public static void main(String[] args) {
SpinLockDemo spinLockDemo = new SpinLockDemo();
new Thread(()->{
spinLockDemo.myLock();
try {
TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
spinLockDemo.myUnLock();
},"thread1").start();
new Thread(()->{
try {
TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
spinLockDemo.myLock();
spinLockDemo.myUnLock();
},"thread2").start();
}
}
输出结果:
thread1 come in
thread1 获得锁
thread2 come in
thread1 myUnLock
thread2 获得锁
thread2 myUnLock
独占锁:指该锁只能被一个线程所持有,如ReentrantLock和sychronized都是独占锁
共享锁:指该锁可以被多个线程所持有,如ReentrantReadWriteLock其读锁是共享锁,写是独占锁。
读的共享锁可以保证并发读是非常高效的。
互斥锁:互斥锁是一种简单的加锁的方法来控制对共享资源的访问,互斥锁只有两种状态,即上锁(lock)和解锁(unlock)。如ReentrantLock和sychronized都是互斥锁
下面是使用ReentrantReadWriteLock实现读时共享写时独占
public class ReadWriteLockDemo {
public static void main(String[] args) {
MyCaChe myCaChe = new MyCaChe();
for (int i = 1; i <= 5; i++) {
final int temp = i;
new Thread(() -> {
myCaChe.put(temp + "", temp);
}, String.valueOf(i)).start();
}
for (int i = 1; i <= 5; i++) {
int finalI = i;
new Thread(() -> {
myCaChe.get(finalI + "");
}, String.valueOf(i)).start();
}
}
}
class MyCaChe {
private volatile Map<String, Object> map = new HashMap<>();
private ReentrantReadWriteLock reentrantReadWriteLock = new ReentrantReadWriteLock();
public void put(String key, Object value) {
reentrantReadWriteLock.writeLock().lock();
try {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\t正在写入" + key);
//模拟网络延时
try {
TimeUnit.MICROSECONDS.sleep(300);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
map.put(key, value);
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\t完成写入" + key);
} finally {
reentrantReadWriteLock.writeLock().unlock();
}
}
public void get(String key) {
reentrantReadWriteLock.readLock().lock();
try {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\t正在读取" + key);
//模拟网络延时
try {
TimeUnit.MICROSECONDS.sleep(300);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
Object result = map.get(key);
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\t完成读取" + key);
} finally {
reentrantReadWriteLock.readLock().unlock();
}
}
public void clearCaChe() {
map.clear();
}
}
本文所涉及的所有代码都在我的GitHub上:代码