本章节介绍Java中的几种常见的锁:公平锁和非公平锁、可重入锁、独享锁/共享锁、互斥锁/读写锁、乐观锁/悲观锁、分段锁、偏向锁/轻量级锁/重量级锁、自旋锁。
公平锁是指多个线程按照申请锁的顺序来获取锁。
非公平锁是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。有可能,会造成优先级反转或者饥饿现象。
对于Java ReentrantLock而言,通过构造函数指定该锁是否是公平锁,默认是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。由于其并不像ReentrantLock是通过AQS的来实现线程调度,所以并没有任何办法使其变成公平锁。
package com.xxxx.reids.thread;
import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
/***
* @title ReentrantLockFair
* @desctption 公平锁
* @author Kelvin
* @create 2023/5/29 16:10
**/
public class ReentrantLockFair {
public static void main(String[] args) {
//true表示公平锁
Lock lock = new ReentrantLock(true);
for (int i = 0; i < 3; i++) {
new Thread(){
@Override
public void run() {
for (int j = 0; j < 2; j++) {
lock.lock();
System.out.println(Thread.currentThread().getName());
lock.unlock();
}
}
}.start();
}
}
}
```java
package com.xxxx.reids.thread;
import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
/***
* @title ReentrantLockFair
* @desctption 非公平锁
* @author Kelvin
* @create 2023/5/29 16:10
**/
public class ReentrantLockFair {
public static void main(String[] args) {
//false表示非公平锁
Lock lock = new ReentrantLock(false);
for (int i = 0; i < 3; i++) {
new Thread(){
@Override
public void run() {
for (int j = 0; j < 2; j++) {
lock.lock();
System.out.println(Thread.currentThread().getName());
lock.unlock();
}
}
}.start();
}
}
}
可重入锁又名递归锁,是指在同一个线程在外层方法获取锁的时候,在进入内层方法会自动获取锁(就是可以重新进入获得锁)对于Java ReentrantLock而言, 其名字是Reentrant Lock即是重新进入锁。对于synchronized而言,也是一个可重入锁。可重入锁的一个好处是可一定程度避免死锁
(可重入锁,指的是以线程为单位,当一个线程获取对象锁之后,这个线程可以再次获取本对象上的锁,而其他的线程是不可以的。)
synchronized void setA() throws Exception{
Thread.sleep(1000);
setB();
}
synchronized void setB() throws Exception{
Thread.sleep(1000);
}
/***
* @title ReentrantLockTest
* @desctption 可重入锁测试
* @author Kelvin
* @create 2023/5/29 16:29
**/
public class ReentrantLockTest {
public static void main(String[] args) {
Object obj = new Object();
new Thread(() -> {
//第一次加锁
synchronized (obj) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "第一层");
//第二次加锁,此时obj对象处于锁定状态,但是当前线程仍然可以进入,避免死锁
synchronized (obj) {
int i = 1 / 0;
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "第二层");
}
}
}, "t1").start();
new Thread(() -> {
//第一次加锁
synchronized (obj) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "第一层");
//第二次加锁,此时obj对象处于锁定状态,但是当前线程仍然可以进入,避免死锁
synchronized (obj) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "第二层");
}
}
}, "t2").start();
}
}
练习:用ReentrantLock测试可重入锁
独享锁是指该锁一次只能被一个线程所持有;共享锁是指该锁可被多个线程所持有
对于Java ReentrantLock而言,其是独享锁。但是对于Lock的另一个实现类ReadWriteLock,其读锁是共享锁,其写锁是独享锁。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。独享锁与共享锁也是通过AQS来实现的,通过实现不同的方法,来实现独享或者共享。对于synchronized而言,当然是独享锁。
(读锁使用共享模式;写锁使用独占模式;读锁可以在没有写锁的时候被多个线程同时持有,写锁是独占的。当有读锁时,写锁就不能获得;而当有写锁时,除了获得写锁的这个线程可以获得读锁外,其他线程不能获得读锁)
import java.util.concurrent.BrokenBarrierException;
import java.util.concurrent.CyclicBarrier;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantReadWriteLock;
/***
* @title WriteAndReedLockTest
* @desctption 读写锁
* @author kelvin
* @create 2023/5/29 16:58
**/
public class WriteAndReedLockTest {
private static ReentrantReadWriteLock reentrantReadWriteLock= new ReentrantReadWriteLock();
private static ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(3);
//执行三个线程进行读写操作,并设置一个屏障,线程依次准备就绪后未获取锁之前都在等待,当第三个线程执行 cyclicBarrier.await();后屏障解除,三个线程同时执行。
private static CyclicBarrier cyclicBarrier = new CyclicBarrier(3);
private static Integer i = 100;
public static void main(String[] args) {
executorService.execute(
() ->{
read();
}
);
executorService.execute(
() ->{
write();
}
);
executorService.execute(
() ->{
read();
}
);
}
private static void read(){
try {
cyclicBarrier.await();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
} catch (BrokenBarrierException e) {
e.printStackTrace();
}
//获取读锁
reentrantReadWriteLock.readLock().lock();
System.out.println("Read," + Thread.currentThread().getName() + ",i = " + i);
reentrantReadWriteLock.readLock().unlock();
}
private static void write(){
try {
cyclicBarrier.await();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
} catch (BrokenBarrierException e) {
e.printStackTrace();
}
//获取写锁
reentrantReadWriteLock.writeLock().lock();
i ++;
System.out.println("Write," + Thread.currentThread().getName() + ",i = " + i);
reentrantReadWriteLock.writeLock().unlock();
}
}
独享锁/共享锁就是一种广义的说法,互斥锁/读写锁就是具体的实现。互斥锁在Java中的具体实现就是ReentrantLock;读写锁在Java中的具体实现就是Read/WriteLock。
乐观锁与悲观锁不是指具体的什么类型的锁,而是指看待并发同步的角度。
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
/***
* @title AtomicExample
* @desctption 乐观锁/悲观锁
* @author Kelvin
* @create 2023/5/29 17:08
**/
public class AtomicExample {
private static Integer m = 1;
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(10);
for (int i = 0; i < 1000; i++) {
executorService.submit(
() -> {
m ++;
}
);
}
TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
System.out.println(m);
}
}
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;
/***
* @title AtomicExample
* @desctption 乐观锁/悲观锁
* @author Kelvin
* @create 2023/5/29 17:08
**/
public class AtomicExample {
private static AtomicInteger m = new AtomicInteger(1);
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(10);
for (int i = 0; i < 1000; i++) {
executorService.submit(
() -> {
m.incrementAndGet();
}
);
}
TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
System.out.println(m.get());
}
}
分段锁其实是一种锁的设计,并不是具体的一种锁,对于ConcurrentHashMap而言,其并发的实现就是通过分段锁的形式来实现高效的并发操作,ConcurrentHashMap中的分段锁称为Segment,它即类似于HashMap(JDK7与JDK8中HashMap的实现)的结构,即内部拥有一个Entry数组,数组中的每个元素又是一个链表;同时又是一个ReentrantLock(Segment继承了ReentrantLock)。当需要put元素的时候,并不是对整个HashMap进行加锁,而是先通过hashcode来知道他要放在那一个分段中,然后对这个分段进行加锁,所以当多线程put的时候,只要不是放在一个分段中,就实现了真正的并行的插入。但是,在统计size的时候,可就是获取HashMap全局信息的时候,就需要获取所有的分段锁才能统计。
分段锁的设计目的是细化锁的粒度,当操作不需要更新整个数组的时候,就仅仅针对数组中的一项进行加锁操作。
这三种锁是指锁的状态,并且是针对synchronized。在Java 5通过引入锁升级的机制来实现高效synchronized。这三种锁的状态是通过对象监视器在对象头中的字段来表明的。
在Java中,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