Java多线程(20)——悲观锁和乐观锁、公平锁和非公平锁、可重入锁、自旋锁、读锁(共享锁)和写锁(独占锁)

目录

1.悲观锁和乐观锁

1.1 什么是悲观锁和乐观锁?

(1)悲观锁

(2)乐观锁

1.2 两种锁的使用场景

1.3 乐观锁的两种实现方式

(1)版本号机制

(2)CAS

1.4 乐观锁的优缺点

(1)优点

(2)缺点

2.公平锁和非公平锁

2.1 是什么?

2.2 两者区别

3.可重入锁(递归锁)

3.1 是什么?

3.2 代码演示理解

3.3 自己手写一个可重入锁

4.自旋锁

5.读写锁


1.悲观锁和乐观锁

1.1 什么是悲观锁和乐观锁?

  • 乐观锁对应于生活中乐观的人总是想着事情往好的方向发展,
  • 悲观锁对应于生活中悲观的人总是想着事情往坏的方向发展。
  • 这两种人各有优缺点,不能不以场景而定说一种人好于另外一种人。

(1)悲观锁

总是假设最坏的情况,每次去拿数据的时候都认为别人会修改,所以每次在拿数据的时候都会上锁,这样别人想拿这个数据就会阻塞直到它拿到锁(共享资源每次只给一个线程使用,其它线程阻塞,用完后再把资源转让给其它线程)。

  • 传统的关系型数据库里边就用到了很多这种锁机制,比如行锁,表锁等,读锁,写锁等,都是在做操作之前先上锁。
  • Java中synchronized和ReentrantLock等独占锁就是悲观锁思想的实现。
  • 悲观锁(如synchronized和Lock的实现机制)在高并发的场景下,激烈的锁竞争会造成线程阻塞,大量阻塞线程会导致系统的上下文切换,增加系统的性能开销。

(2)乐观锁

总是假设最好的情况,每次去拿数据的时候都认为别人不会修改,所以不会上锁,但是在更新的时候会判断一下在此期间别人有没有去更新这个数据,实际上,当多个线程同时操作一个共享资源时,只有一个线程会成功,那么失败的线程呢?它们不会像悲观锁一样在操作系统中挂起,而仅仅是返回,并且系统允许失败的线程重试,也允许自动放弃退出操作。乐观锁适用于多读的应用类型,这样可以提高吞吐量

  • 像数据库提供的类似于write_condition机制,其实都是提供的乐观锁。
  • 在Java中java.util.concurrent.atomic包下面的原子变量类就是使用了乐观锁的一种实现方式CAS实现的。
  • 乐观锁是一种无锁的机制

1.2 两种锁的使用场景

从上面对两种锁的介绍,我们知道两种锁各有优缺点,不可认为一种好于另一种,

  • 乐观锁适用于写比较少的情况下(多读场景),即冲突真的很少发生的时候,这样可以省去了锁的开销,加大了系统的整个吞吐量。
  • 但如果是多写的情况,一般会经常产生冲突,这就会导致上层应用会不断的进行retry,这样反倒是降低了性能,所以一般多写的场景下用悲观锁就比较合适。

1.3 乐观锁的两种实现方式

乐观锁一般会使用版本号机制或CAS算法实现。

(1)版本号机制

一般是在数据表中加上一个数据版本号version字段,表示数据被修改的次数,当数据被修改时,version值会加一。当线程A要更新数据值时,在读取数据的同时也会读取version值,在提交更新时,若刚才读取到的version值为当前数据库中的version值相等时才更新,否则重试更新操作,直到更新成功。

举一个简单的例子: 

假设我们要使用sql语句执行更新余额的任务

Java多线程(20)——悲观锁和乐观锁、公平锁和非公平锁、可重入锁、自旋锁、读锁(共享锁)和写锁(独占锁)_第1张图片

  • 两个事务同时去读到余额都是100
  • 然后事务1先进行了更新,余额变成了90,但此时并未提交
  • 事务2又进行了更新,余额变成了200,覆盖了90
  • 最终两个事务都进行了提交,可以发现以上过程是冲突的,导致最终的余额的错误

而解决上述问题就可以使用版本号机制

Java多线程(20)——悲观锁和乐观锁、公平锁和非公平锁、可重入锁、自旋锁、读锁(共享锁)和写锁(独占锁)_第2张图片

  • 我们为余额加入版本号
  • 当两个事务第一次读到余额的时候,版本号都为1
  • 然后事务1更新的时候要判断版本号为1的情况下才去更新,更新后,将版本号加1
  • 而第二个事务如果此时执行的话,会发现版本号不是1,所以事务2不会提交
  • 事务2进行回滚
  • 这样就避免了事务2的操作覆盖了事务1正在操作的数据

(2)CAS

  • compare and swap(比较与交换),是一种有名的无锁算法
  • 无锁编程,即不使用锁的情况下实现多线程之间的变量同步,
  • 也就是在没有线程被阻塞的情况下实现变量的同步,所以也叫非阻塞同步(Non-blocking Synchronization)。

CAS算法涉及到三个操作数

  • 需要读写的内存值 V
  • 进行比较的值 A
  • 拟写入的新值 B

当且仅当 V 的值等于 A时,CAS通过原子方式用新值B来更新V的值,否则不会执行任何操作(比较和替换是一个原子操作)。一般情况下是一个自旋操作,即不断的重试

关于CAS更详细的讲解,看我的另一篇博客:https://blog.csdn.net/qq_34805255/article/details/99232549

1.4 乐观锁的优缺点

ABA 问题是乐观锁一个常见的问题

(1)优点

  • 乐观锁相比悲观锁来说,不存在锁的竞争,所以不会带来死锁、饥饿等活性故障问题,线程间的相互影响也远远比悲观锁要小。
  • 更为重要的是,乐观锁没有因竞争造成的系统开销,所以在性能上也是更胜一筹。

(2)缺点

  • 1.ABA问题
    • 如果一个变量V初次读取的时候是A值,并且在准备赋值的时候检查到它仍然是A值,那我们就能说明它的值没有被其他线程修改过了吗?很明显是不能的,因为在这段时间它的值可能被改为其他值,然后又改回A,那CAS操作就会误认为它从来没有被修改过。这个问题被称为CAS操作的 "ABA"问题。
    • JDK 1.5 以后的 AtomicStampedReference类就提供了此种能力,其中的 compareAndSet 方法就是首先检查当前引用是否等于预期引用,并且当前标志是否等于预期标志(这个预期标志就是相当于上述的版本号),如果全部相等,则以原子方式将该引用和该标志的值设置为给定的更新值。
    • 详细讲解,请看:https://blog.csdn.net/qq_34805255/article/details/99232549
  • 2.循环时间长开销大

    • 自旋CAS(也就是不成功就一直循环执行直到成功)如果长时间不成功,会给CPU带来非常大的执行开销。
    •  如果JVM能支持处理器提供的pause指令那么效率会有一定的提升,pause指令有两个作用,
      • 第一,它可以延迟流水线执行指令(de-pipeline),使CPU不会消耗过多的执行资源,延迟的时间取决于具体实现的版本,在一些处理器上延迟时间是零。
      • 第二它可以避免在退出循环的时候因内存顺序冲突(memory order violation)而引起CPU流水线被清空(CPU pipeline flush),从而提高CPU的执行效率。
  • 3.只能保证一个共享变量的原子操作

    • CAS 只对单个共享变量有效,当操作涉及跨多个共享变量时 CAS 无效。
    • 但是从 JDK 1.5开始,提供了AtomicReference类来保证引用对象之间的原子性,你可以把多个变量放在一个对象里来进行 CAS 操作.所以我们可以使用锁或者利用AtomicReference类把多个共享变量合并成一个共享变量来操作。

2.公平锁和非公平锁

2.1 是什么?

Java多线程(20)——悲观锁和乐观锁、公平锁和非公平锁、可重入锁、自旋锁、读锁(共享锁)和写锁(独占锁)_第3张图片

Java多线程(20)——悲观锁和乐观锁、公平锁和非公平锁、可重入锁、自旋锁、读锁(共享锁)和写锁(独占锁)_第4张图片

  • 公平锁:指的是多个线程按照申请锁的顺序来获取锁,类似排队打饭,先来后到
  • 非公平锁:指多个线程获取锁的顺序并不是按照申请锁的顺序,有可能后申请的线程比先申请的线程优先获取锁,在高并发的情况下,有可能会造成优先级反转(即后面申请锁的先得到锁)或者饥饿现象(有的线程长时间得不到锁)

ReetranLock调用默认构造方法是非公平锁,只有在构造方法中传入true才是公平锁

2.2 两者区别

  • 公平锁,在并发环境中,每个线程在获取锁时会先查看此锁维护的等待队列,如果为空,或者当前线程是等待队列的第一个,就占有锁,否则就会加入到等待队列中,以后会按照FIFO的规则从队列中取到自己
  • 非公平锁,非公平锁比较粗鲁,上来就直接尝试占有锁,如果尝试失败,就再采用类似公平锁的方式

注意:

  • 非公平锁的优点在于吞吐量比公平锁大
  • 对于synchronized而言,也是一种非公平锁

3.可重入锁(递归锁)

3.1 是什么?

  • 可重入锁又名递归锁
  • 指的是同一线程外层方法获得锁之后,内层方法仍然能获取该锁的代码,在同一个线程在外层方法获取锁的的时候,在进入内层方法会自动获取锁
  • 也即是说,线程可以进入任何一个它已经拥有的锁所同步着的代码块
  • ReetranLock、synchronized就是典型的可重入锁

其实关于加锁的内外层方法的调用有如下几种情况:

情况1:内外层方法都加锁

    public synchronized void method01(){
        //...
        method02();
        //...
    }

    public synchronized void method02(){
        //...
    }

method01在执行method02的时候自动获得它所得到的锁

情况2:内层方法加锁,外层方法不加锁,但是外层方法只调用了加锁了的方法,没有其他代码

    public void method01(){
        method02();
    }

    public synchronized void method02(){
        //...
    }

这种情况,method01即使不加锁,也因为内层它执行的代码加了锁,所以它在执行的时候还是保证了线程同步,相当于加了锁

情况3:内层方法加锁,外层方法不加锁,而且外层方法还执行了其他非同步代码

    public void method01(){
        //...
        method02();
        //...
    }

    public synchronized void method02(){
        //...
    }

这种情况下,method01线程不安全

情况4:内层方法不加锁,外层方法加锁

    public synchronized void method01(){
        //...
        method02();
        //...
    }

    public void method02(){
        //...
        method03();
        //...
    }
    
    public void method03(){
        //...
    }

这种情况下,由于外层加了锁,所以在它当中执行的代码都是单线程的,所以在它调用method02执行的时候,也是单线程的,加了锁的,保证了线程安全,即便method02再去调用一个非同步方法method03,对method01方法的执行,仍然是线程安全的,因为synchronized对method01加了锁,它就保证了在执行method01方法中任何代码都是加锁的,单线程执行,必须执行完整个方法,才能切换CPU执行权

而可重入锁描述的就是上述的情况1

3.2 代码演示理解

示例代码1:

public class Demo {

    /**
     * 验证synchronized是重入锁
     *
     * 如果synchronized是非重入锁的话,当线程调用a()方法时,a方法就获取到this锁了,
     * 而这时在a方法中调用b方法,b方法也要获取this锁,这时候因为锁被a方法占着,它就会等待,这时就会产生死锁
     *
     * 而实际是下述代码能正确执行,所以synchronized是可重入锁,内层代码块可以直接再次获得外层synchronized
     *   的锁,即由于a方法获得到了this锁,b方法的调用作为它的内部代码块,可以再次获得该this锁
     *   对于a方法中的同步代码块,同理,它也可以自动获取到this锁,即外层获取到,内层就可以使用该锁
     */
    public synchronized void a(){
        System.out.println("a");
        b();

        synchronized (this){
            System.out.println("a方法中的this锁同步代码块");
        }
    }


    public synchronized void b(){
        System.out.println("b");
    }

    public static void main(String[] args) {
        Demo d = new Demo();

        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                d.a();
            }
        }).start();

    }

}

Java多线程(20)——悲观锁和乐观锁、公平锁和非公平锁、可重入锁、自旋锁、读锁(共享锁)和写锁(独占锁)_第5张图片

示例代码2:

public class Demo {

    /**
     * 当两个线程分别调用一个同步方法时,它们使用同一个锁对象,
     * 会不会在一个线程的同步方法还没执行完就去执行另外一个方法?
     *
     *
     * 不能
     */
    public synchronized void a(){
        System.out.println("a");

        try {
            Thread.sleep(2000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }


    public synchronized void b(){
        System.out.println("b");

        try {
            Thread.sleep(2000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        Demo d = new Demo();

        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                d.a();
            }
        }).start();

        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                d.b();
            }
        }).start();

    }

}

Java多线程(20)——悲观锁和乐观锁、公平锁和非公平锁、可重入锁、自旋锁、读锁(共享锁)和写锁(独占锁)_第6张图片

示例代码3:

public class Demo {

    /**
     * 当两个线程分别调用一个同步方法时,它们使用不同锁对象,
     * 会不会在一个线程的同步方法还没执行完就去执行另外一个方法?
     *
     *  可以
     */
    public synchronized void a(){
        System.out.println("a");
        System.out.println(System.currentTimeMillis());

        try {
            Thread.sleep(2000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }


    public synchronized void b(){
        System.out.println("b");
        System.out.println(System.currentTimeMillis());
        try {
            Thread.sleep(2000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        Demo d1 = new Demo();
        Demo d2 = new Demo();

        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                d1.a();
            }
        }).start();

        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                d2.b();
            }
        }).start();

    }

}

Java多线程(20)——悲观锁和乐观锁、公平锁和非公平锁、可重入锁、自旋锁、读锁(共享锁)和写锁(独占锁)_第7张图片

总结:

  • 当两个线程使用的是不同的对象锁的时候,线程无法被锁住,还是会并发执行
  • 当两个线程使用的是同一个对象锁的时候,线程会被锁住,因为只有一个锁,就产生了互斥,一个线程得到锁,另一个只能等待
  • 当同一个线程拿到锁时,锁可以被重入,即在拿到该锁的代码块,还可以获取并使用该锁
  • 可重入锁最大的作用就是:防止死锁

示例4:

import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

public class Demo {

    /**
     * 验证ReetranLock是可重入锁
     *
     * 正常输出,所以是可重入锁
     */

    Lock lock = new ReentrantLock();

    public  void a(){

        lock.lock();   //线程可以进入任何一个它已经拥有的锁

        System.out.println("a");
        b();           //所同步着的代码块

        lock.unlock();
    }


    public void b(){
        lock.lock();
        System.out.println("b");

        lock.unlock();

    }

    public static void main(String[] args) {
        Demo d = new Demo();

        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                d.a();
            }
        }).start();

    }

}

示例5:

import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

public class Demo {

    /**
     * 验证ReetranLock是可重入锁
     *
     * 正常输出,所以是可重入锁
     */

    Lock lock = new ReentrantLock();

    public  void a(){

        lock.lock();   //线程可以进入任何一个它已经拥有的锁

        lock.lock();   //所同步着的代码块
        System.out.println("a");
        lock.unlock();

        lock.unlock();
    }

    public static void main(String[] args) {
        Demo d = new Demo();

        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                d.a();
            }
        }).start();

    }

}

3.3 自己手写一个可重入锁

版本1:

public interface Lock {
    //加锁
    void lock();
    //释放锁
    void unlock();
}


public class MyLock implements Lock {

    /**
     * isLocked相当于一个锁标志,
     *    为true的时候,表示有线程拥有锁,
     *    为false的时候,表示没有线程拥有该锁
     */
    private boolean isLocked = false;


    /**
     * 在lock和unlock加锁有两个作用:
     *      1.为了保证这两个过程的原子性
     *      2.wait和notify只能在synchronized方法或代码块中执行
     *
     */
    @Override
    public synchronized void lock() {

        /**
         * 此处用while不用if的原因:
         *     因为线程在wait完(即被notify唤醒以后)以后,会从wait()的下一句执行,
         *     if的话,整个判断直接结束,当前线程直接去修改了isLocked,
         *          当有多个线程同时wait时,使用if的话,多个线程都会执行isLocked=true,这样就多个线程同时拿到了锁
         *     while的话,每个线程要再次判断是否锁已经被其他线程又再次持有
         *          锁被释放后,第一个获得CPU执行权的线程,遇到isLocked=false,直接执行isLocked=true
         */

        while(isLocked){
            try {
                this.wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }

        isLocked = true;

    }

    @Override
    public synchronized void unlock() {
        isLocked = false;
        this.notify();
    }
}
public class Test {

    private MyLock lock = new MyLock();


    /**
     * 如果加锁成功,这个方法中3条打印语句会一起输出
     * 如果没有加锁,它们会交替执行
     */
    public void print(){
        lock.lock();

        System.out.println("------------------------");
        String threadName = Thread.currentThread().getName();

        System.out.println(threadName+" has acquired lock!");
        System.out.println(threadName+" is running!");
        System.out.println(threadName+" is realsing lock!");

        lock.unlock();

    }

    public static void main(String[] args) {

       Test t = new Test();

        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                t.print();
            }
        },"thread-1").start();

        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                t.print();
            }
        },"thread-2").start();

        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                t.print();
            }
        },"thread-3").start();

    }
}

Java多线程(20)——悲观锁和乐观锁、公平锁和非公平锁、可重入锁、自旋锁、读锁(共享锁)和写锁(独占锁)_第8张图片

  • 上述代码实现了显式锁的功能,但是它并没有实现可重入,以下测试未实现可重入
public class Test02 {

    private MyLock lock = new MyLock();

    public void a(){
        lock.lock();
        System.out.println("a方法开始执行了");
        b();
        lock.unlock();
    }

    public void b(){
        lock.lock();
        System.out.println("b方法开始执行了");
        lock.unlock();
    }


    public static void main(String[] args) {
        Test02 t2 = new Test02();

        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                t2.a();
            }
        }).start();
    }
}

Java多线程(20)——悲观锁和乐观锁、公平锁和非公平锁、可重入锁、自旋锁、读锁(共享锁)和写锁(独占锁)_第9张图片

  • 可以发现出现了一直的等待,当a方法执行调用lock.lock(),将isLocked设置为true,这样在执行到a方法调用b方法,b方法调用lock.lock()的时候,由于isLocked是true,所以执行wait()一直进行等待

下面对MyLock进行改造实现可重入

版本2:


public class MyLock implements Lock {

    /**
     * isLocked相当于一个锁标志,
     *    为true的时候,表示有线程拥有锁,
     *    为false的时候,表示没有线程拥有该锁
     */
    private boolean isLocked = false;

    //用于记录当前的线程
    private Thread lockByThread = null;

    //递归(重入)的锁的数量
    private int lockCount = 0;


    @Override
    public synchronized void lock() {

        //获取到当前的线程
        Thread currentThread = Thread.currentThread();

        //当锁已被其他线程占有并且当前线程不是占有锁的线程时,当前线程就需要等待
        while(isLocked && currentThread != lockByThread){
            try {
                this.wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }

        lockByThread = Thread.currentThread();
        isLocked = true;
        lockCount++;

    }

    @Override
    public synchronized void unlock() {

        //在当前线程是占有锁的线程的时候,需要进行处理
        if(lockByThread == Thread.currentThread()){
            //将占有锁的数量-1,表示递归的锁的个数
            lockCount --;
            //只有当递归的锁的数量为0的时候,表示当前线程应该释放锁
            if(lockCount == 0){
                isLocked = false;
                this.notify();
            }
        }

        //在当前线程是占有锁的线程的时候,不需要进行任何处理
    }
}
public class Test03 {

    private MyLock lock = new MyLock();

    public void a(){
        lock.lock();
        System.out.println("a方法开始执行了");
        b();
        lock.unlock();
    }

    public void b(){
        lock.lock();
        System.out.println("b方法开始执行了");
        c();
        lock.unlock();
    }

    public void c(){
        lock.lock();
        System.out.println("c方法开始执行了");
        lock.unlock();
    }


    public static void main(String[] args) {
        Test03 t2 = new Test03();

        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                t2.a();
            }
        }).start();
    }
}

Java多线程(20)——悲观锁和乐观锁、公平锁和非公平锁、可重入锁、自旋锁、读锁(共享锁)和写锁(独占锁)_第10张图片

  • 可重入即是当前线程拿到锁以后,再次获取锁,会自动拿到同样的锁
  • 所以对MyLock新增加了两个字段:
    • lockByThread用来保存当前线程
    • lockCount用于记录当前线程拿到锁的次数,每当当前线程调用一次lock()就要对该数量加1,调用一次unlock()就对该数量减1,次数为0的时候才可以释放锁,因为此时才代表要配对释放当前线程的第一次lock()

4.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尝试获取锁,这样的好处是减少线程上下文切换的消耗,缺点是循环会消耗CPU
  • 生活案例解释:
    • 张三要问老师问题,这时老师在打电话,阻塞就是他一直站在讲台上等待老师打完电话,解决自己的问题,而自旋就是下去做一些事情多次再来看老师是否打完电话,直到老师打完

自己手写一个自旋锁:

import java.util.concurrent.atomic.AtomicReference;

public class SpinLockDemo {
    //定义为原子引用保证了操作的原子性
    private AtomicReference atomicReference = new AtomicReference<>();

    public void mylock(){
        Thread thread = Thread.currentThread();
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"\t lock");
        long start = System.currentTimeMillis();
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"mylock start当前毫秒数:"+start);

        while (!atomicReference.compareAndSet(null,thread)){

        }
        long end = System.currentTimeMillis();
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"mylock end当前毫秒数:"+end);
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"自旋时间为:"+(end-start)+"ms");

    }

    public void myunlock(){
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"myunlock start当前毫秒数:"+System.currentTimeMillis());
        Thread thread = Thread.currentThread();
        atomicReference.compareAndSet(thread,null);
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"\t unLock");
    }

    public static void main(String[] args) {
        SpinLockDemo spinLockDemo = new SpinLockDemo();

        new Thread(()->{
            spinLockDemo.mylock();
            try {
                Thread.sleep(5*1000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            spinLockDemo.myunlock();
        },"t1").start();

        try {
            Thread.sleep(1000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        new Thread(()->{
            spinLockDemo.mylock();
            try {
                Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            spinLockDemo.myunlock();
        },"t2").start();
    }

}

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  • 自旋的好处是不用阻塞,但是它循环一直在执行,消耗着CPU,就比如上述案例中,t1线程执行后4s的睡眠期间,CPU会发生切换到t2线程去判断是否可以比较成功,而如果让线程在着循环判断,就会降低CPU的性能,它经常要切换给t2线程去判断
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  • 如果我将上述的t1的睡眠时间改为500*1000时,意味着这500s,循环一直在执行,CPU要调度它,这还只是一个线程,如果还有很多个线程的话,那意味着这些线程都要进行自旋,CPU除了要执行拿到“锁”线程,CPU还要调度它们,这样整个程序的性能就会因为这些无意义的空转而降低
  • Java多线程(20)——悲观锁和乐观锁、公平锁和非公平锁、可重入锁、自旋锁、读锁(共享锁)和写锁(独占锁)_第13张图片

5.读写锁

读锁,又叫共享锁

写锁,又叫独占锁

独占锁:指该锁一次只能被一个线程所持有,

  • 对ReentrantLock和Synchronized而言都是独占锁

共享锁:指该锁可被多个线程所持有

  • 对ReentrantReadWriteLock,其读锁是共享锁,其写锁是独占锁
  • 读锁的共享锁可保证并发读是非常高效的,读写,写读,写写的过程是互斥的

即多个线程同时读一个资源没有问题,所以为了满足并发量,读取共享资源应该可以同时进行,但是如果有一个线程想去写共享资源,就不应该再有其他线程可以对该资源进行读或写

总结:

  • 读-读能共存
  • 读-写不能共存
  • 写-写不能共存

代码演示:

  • 未加任何锁
import java.util.HashMap;
import java.util.Map;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

//模拟Redis
public class MyCathe {

    private volatile Map map = new HashMap<>();

    //写
    public void put(String key,Object value){
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"\t正在写入:"+key);
        //暂停一会线程
        try {
            TimeUnit.MICROSECONDS.sleep(300);
        }catch (Exception e){
            e.printStackTrace();
        }
        map.put(key,value);
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"\t写入完成");
    }

    //读
    public void get(String key){
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"\t正在读取:");
        //暂停一会线程
        try {
            TimeUnit.MICROSECONDS.sleep(300);
        }catch (Exception e){
            e.printStackTrace();
        }
        Object result = map.get(key);
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"\t读取完成:"+result);

    }


}
public class ReadWriteLockDemo {
    public static void main(String[] args) {
        MyCathe myCathe = new MyCathe();

        for (int i = 0; i < 5; i++) {

            int tempInt = i;

            new Thread(()->{

                myCathe.put(tempInt+"",tempInt+"");
            },String.valueOf(i)).start();
        }

        for (int i = 0; i < 5; i++) {

            int tempInt = i;

            new Thread(()->{

                myCathe.get(tempInt+"");
            },String.valueOf(i)).start();
        }
    }
    
}

Java多线程(20)——悲观锁和乐观锁、公平锁和非公平锁、可重入锁、自旋锁、读锁(共享锁)和写锁(独占锁)_第14张图片

  • 可以看到出现了线程安全的问题

使用读写锁来改造程序

import java.util.HashMap;
import java.util.Map;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantReadWriteLock;

//模拟Redis
public class MyCathe {

    private volatile Map map = new HashMap<>();
    private ReentrantReadWriteLock reentrantReadWriteLock = new ReentrantReadWriteLock();

    //写
    public void put(String key,Object value){

        reentrantReadWriteLock.writeLock().lock();

        //暂停一会线程
        try {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"\t正在写入:"+key);
            TimeUnit.MICROSECONDS.sleep(300);
            map.put(key,value);
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"\t写入完成");
        }catch (Exception e){
            e.printStackTrace();
        }finally {
            reentrantReadWriteLock.writeLock().unlock();
        }

    }

    //读
    public void get(String key){

        reentrantReadWriteLock.readLock().lock();
        //暂停一会线程
        try {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"\t正在读取:");
            TimeUnit.MICROSECONDS.sleep(300);
            Object result = map.get(key);
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"\t读取完成:"+result);
        }catch (Exception e){
            e.printStackTrace();
        }finally {
            reentrantReadWriteLock.readLock().unlock();
        }

    }

}

测试程序同上

Java多线程(20)——悲观锁和乐观锁、公平锁和非公平锁、可重入锁、自旋锁、读锁(共享锁)和写锁(独占锁)_第15张图片

  • 读写锁保证了线程安全,并且读写锁分离,读锁保证在读-读的时候并发执行,写锁保证进行写操作的时候是单线程执行,相比传统的synchronized和ReentrantLock提高了读-读的效率

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