java锁
文章目录
- java锁
- 可重入锁及其验证
- 手写一个自旋锁
- 读写锁代码验证
- CountDownLatch
- CyclicBarrier
- Semaphore
- synchronized和ReentrantLock区别
- 死锁
java锁
- 公平锁：多个线程按照申请锁的顺序获取锁，先来后到，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，否则加入到等待队列中，遵从FIFO。
- 非公平锁：多个线程获取锁的顺序不一定是申请锁的顺序，高并发情况下可能会优先级反转、出现饥饿现象(某些线程一直等待)。每个线程上来就尝试占有锁，如果失败，就采用类似公平锁的方式。优点是吞吐量大，synchronized也是非公平锁。
- 不可重入锁(递归锁)：同一线程，执行某个方法已经获取了该锁，那么在该方法中再次获取该锁(同一线程)就会获取不到而阻塞。
- 可重入锁：同一线程外层函数获得锁后，内层函数可自动加锁 （前提锁对象得是同一个对象或者class）。且线程可以进入它已经拥有的锁的同步代码块儿。synchronized和ReentrantLock都是可重入锁，可重入锁最大的作用是避免一定程度的死锁。
- 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，这样做的好处是减少线程上下文的切换消耗，缺点是循环会消耗CPU。
- 独占锁：该锁只能被一个线程所持有，ReentrantLock和synchronized都是独占锁。
- 共享锁：该锁可以被多个线程所持有。ReentrantReadWriteLock而言，读锁是共享锁，写锁是独占锁。读锁是共享锁可以保证并发读是非常高效的，读写、写读、写写的过程是互斥的，只要包含写的操作都只有一个线程能够占有。
可重入锁及其验证
class Duck {
private synchronized void swim() {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "游泳游泳");
sound();
}
private synchronized void sound() {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "叫唤");
}
}
class Bird {
Lock mLock = new ReentrantLock();
void fly() {
mLock.lock();
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "fly fly~~");
try {
TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
eat();
mLock.unlock();
}
private void eat() {
mLock.lock();
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "eat eat~~");
mLock.unlock();
}
}
public class LockTest {
//可重入锁
public static void main(String args[]) {
Duck duck = new Duck();
new Thread(duck::swim, "t1").start();
new Thread(duck::swim, "t2").start();
Bird bird = new Bird();
new Thread(bird::fly, "t3").start();
new Thread(bird::fly, "t4").start();
}
}
t1游泳游泳
t1叫唤
t2游泳游泳
t2叫唤
t3fly fly~~
t3eat eat~~
t4fly fly~~
t4eat eat~~Process finished with exit code 0
值得注意的是，使用Lock后，一段代码可以重复进行加锁，但加锁后一定要匹配释放锁，否则少一个释放锁线程不会结束。
手写一个自旋锁
public class MySpinLock {
private AtomicReference<Thread> mThreadAtomicReference = new AtomicReference<>();
private volatile AtomicInteger version;
private volatile AtomicInteger count;
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
spinLock1();
}
private static void spinLock1() throws InterruptedException {
MySpinLock mySpinLock = new MySpinLock();
TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
new Thread(() -> {
mySpinLock.myLock();
try {
TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
} finally {
mySpinLock.myUnlock();
}
}, "t1").start();
new Thread(() -> {
mySpinLock.myLock();
try {
TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
} finally {
mySpinLock.myUnlock();
}
}, "t2").start();
}
private void myLock() {
Thread thread = Thread.currentThread();
System.out.println(thread.getName() + "lock");
while (!mThreadAtomicReference.compareAndSet(null, thread)) {
}
}
private void myUnlock() {
Thread thread = Thread.currentThread();
mThreadAtomicReference.compareAndSet(thread, null);
System.out.println(thread.getName() + "unlock");
}
}
读写锁代码验证
读写锁，只要包含写操作都应该是独占的，读与读之间可以共享。写的时候加写锁，必须保证线程互斥，不能有其他线程干扰，读的时候可以共享，所以是共享锁。
也就是说，读锁可以在没有写锁的时候被多个线程同时持有，而写锁是独占读写锁的。当有读锁时，写锁就不能获得；而当有写锁时，除了已经获得写锁的这个线程外，其他线程不能获取该读写锁的任何读锁。
读写锁升降级：
- 锁升级：读锁在没有释放的情况下，就去申请写锁，属于锁升级，ReentrantReadWriteLock不支持。
- 锁降级：写锁在没有释放的情况下，就去申请读锁，属于锁降级，ReentrantReadWriteLock支持。需要注意的是，从写锁降级成读锁，并不会自动释放当前线程获取的写锁，仍然需要显示的释放，否则别的线程永远也获取不到写锁。
//资源类
class MyCache {
private volatile Map<String, Object> map = new HashMap<>();
private ReentrantReadWriteLock rwLock = new ReentrantReadWriteLock();
public void put(String key, Object value) {
rwLock.writeLock().lock();
try {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在写入");
try {
Thread.sleep(300);
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
map.put(key, value);
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "写入完成");
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
} finally {
rwLock.writeLock().unlock();
}
}
//读共享且时间段不一样
public void get(String key) {
rwLock.readLock().lock();
try {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在读取");
try {
Thread.sleep(300);
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
Object res = map.get(key);
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "读取完成：" + res);
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
} finally {
rwLock.readLock().unlock();
}
}
}
public class MyReadWriteLock {
public static void main(String[] args) {
MyCache myCache = new MyCache();
for (int i = 0; i < 5; i++) {
int finalI = i;
new Thread(() -> {
myCache.put(finalI + "", finalI);
}, "t" + i).start();
}
for (int i = 5; i < 10; i++) {
int finalI = i;
new Thread(() -> {
myCache.get((finalI - 5) + "");
}, "t" + i).start();
}
}
}
CountDownLatch
非同步代码：
public class CountDownLatchTest {
public static void main(String[] args) {
for (int i = 0; i < 6; i++) {
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "上完自习走人，离开教室");
}
},"t" + i).start();
}
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "班长上完自习走人，锁上门窗，离开教室");
}
},"班长").start();
}
}
t1上完自习走人，离开教室
t0上完自习走人，离开教室
t2上完自习走人，离开教室
t4上完自习走人，离开教室
t5上完自习走人，离开教室
班长班长上完自习走人，锁上门窗，离开教室
t3上完自习走人，离开教室Process finished with exit code 0
使用CountDownLatch进行计数同步后，前六个线程执行完(顺序随机)才能执行被CountDownLatch锁住的线程：
public class CountDownLatchTest {
public static void main(String[] args) {
CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(6);
for (int i = 0; i < 6; i++) {
new Thread(() -> {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "上完自习走人，离开教室");
countDownLatch.countDown();
},"t" + i).start();
}
new Thread(() -> {
try {
countDownLatch.await();
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "班长上完自习走人，锁上门窗，离开教室");
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
},"班长").start();
}
}
t0上完自习走人，离开教室
t3上完自习走人，离开教室
t2上完自习走人，离开教室
t1上完自习走人，离开教室
t4上完自习走人，离开教室
t5上完自习走人，离开教室
班长班长上完自习走人，锁上门窗，离开教室Process finished with exit code 0
CyclicBarrier
同理，和CountDownLatch类似，不过它是做加法：
public class CyclicBarrierTest {
public static void main(String[] args) {
CyclicBarrier cyclicBarrier = new CyclicBarrier(6, new Runnable() {
@Override
public void run() {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "班长上完自习走人，锁上门窗，离开教室");
}
});
for (int i = 0; i < 6; i++) {
new Thread(() -> {
try {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "上完自习走人，离开教室");
cyclicBarrier.await();//在此阻塞班长线程
} catch (BrokenBarrierException e) {
e.printStackTrace();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
},"t" + i).start();
}
}
}
t1上完自习走人，离开教室
t0上完自习走人，离开教室
t3上完自习走人，离开教室
t4上完自习走人，离开教室
t5上完自习走人，离开教室
t2上完自习走人，离开教室
t2班长上完自习走人，锁上门窗，离开教室Process finished with exit code 0
Semaphore
抢车位，车位资源有限，先抢到先停，停满了后面的排队等里面的释放。
public class SemaphoreTest {
public static void main(String[] args) {
//模拟3个停车位
Semaphore semaphore = new Semaphore(3);
for (int i = 0; i < 6; i++) {
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
try {
semaphore.acquire();
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "抢到车位");
Thread.sleep(300);
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "停车后离开");
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
} finally {
semaphore.release();
}
}
}, "t" + i).start();
}
}
}
t0抢到车位
t2抢到车位
t1抢到车位
t0停车后离开
t1停车后离开
t2停车后离开
t3抢到车位
t4抢到车位
t5抢到车位
t3停车后离开
t5停车后离开
t4停车后离开Process finished with exit code 0
synchronized和ReentrantLock区别
- 原始构成：
- sync是java关键字，属于JVM层面。使用java p编译后可以看到机器码中是monitorenter和monitorexit，其底层是通过monitor实现的，其实wait和notify等方法也依赖于monitor对象，只有在同步代码块中才能被调用。
- lock是具体的类，属于API层面。
- 使用方法：
- sync不需要手动释放锁，代码块执行完成后系统会自动让线程释放锁，且出现异常 不会退出失败，汇编码可以看到monitor其实退出了两次，就算是有异常发生也能退出。
- lock需要手动释放锁，若没有主动释放锁，线程一直运行下去，可能会造成死锁，需要lock，unlock，try，catch，finally语句块来完成
- 等待中断：
- sync，如果thread1不释放锁，thread2将一直阻塞等待下去，不能被中断，除非thread1抛出异常或运行完成。(1.6之后引入自旋等技术可能会好点)
- lock, 可中断，设置超时方法tryLock(long timeout, TimeUnit unit)或者lockInterruptible()放代码块中，调用interrupt()可中断等待。
- 加锁是否公平：
- sync只可能是非公平锁
- lock可以通过构造方法指定，默认是非公平
- 多个Condition
- sync不能绑定多个条件
- lock可以实现分组唤醒需要唤醒的线程，可以精确唤醒，不像是sync要么随机唤醒(notify)一个要么全部唤醒(notifyAll)。
- 性能
- lock底层实现使用了自旋CAS，可以很好地避免使线程由用户态转为内核态，减少线程上下文消耗，且灵活性较高，但使用起来没有sync方便。
- sync在1.6之前性能较lock有很大不足，1.6之后引入了自旋、偏量锁等，性能几乎持平，两者都可以用的情况下官方推荐sync，并且JVM未来发展更倾向于sync，阅读1.8的源码可以发现，很多地方已经由lock改成sync，如写时复制的List、map、set等(CopyOnWriteArrayList)。而sync使用起来更为方便，但是唤醒操作单一随机，没有lock那么灵活，所以具体使用哪个还是要看场景。
死锁
死锁是指两个或两个以上的进程在执行过程中，因争夺资源而造成的一种互相等待的现象，若无外力干涉那他们都无法推进下去，如果系统资源充足，进程的资源请求都能得到满足，死锁出现的概率就很低。
代码验证：
class HoldLockThread implements Runnable {
private String lockA;
private String lockB;
public HoldLockThread(String lockA, String lockB) {
this.lockA = lockA;
this.lockB = lockB;
}
@Override
public void run() {
synchronized (lockA) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ", 自己持有" + lockA + "尝试获得" + lockB);
try {
Thread.sleep(2000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
synchronized (lockB) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ", 自己持有" + lockB + "尝试获得" + lockA);
}
}
}
}
public class DeadLockTest {
public static void main(String[] args) {
String lockA = "lockA";
String lockB = "lockB";
new Thread(new HoldLockThread(lockA, lockB)).start();
new Thread(new HoldLockThread(lockB, lockA)).start();
}
}
死锁排查：
jps -l查看所有java进程
找到当前程序的进程号：jstack {进程号}，就可以看到栈信息，有没有死锁了。
解决办法：重启程序、优化代码，避免出现死锁。