Java的各类锁
可重入锁
递归锁，同一个线程，外层函数获得锁，内层的也获得锁。
synchronized
public synchronized void sendSMS() {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " sendSMS......");
sendEmail();
}
public synchronized void sendEmail() {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " sendEmail.....");
}
ReentrantLock
lock和unlock必须成对的出现，不成对出现会使程序不能结束
private void get() {
try {
lock.lock();
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " get.....");
set();
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
} finally {
lock.unlock();
}
}
private void set() throws Exception {
try {
lock.lock();
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " set.....");
} finally {
lock.unlock();
}
自旋锁
获得锁的线程不会立即的阻塞，而是采用循环的方式获得锁，减少了线程上下文的切换，会循环消耗CPU资源
public class SpinLockDemo {
AtomicReference<Thread> atomicReference = new AtomicReference<>();
public void myLock() {
Thread thread = Thread.currentThread();
System.out.println(thread.getName() + " come in.......");
while (!atomicReference.compareAndSet(null, thread)) {
}
}
public void myUnLock() {
Thread thread = Thread.currentThread();
atomicReference.compareAndSet(thread, null);
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " myUnlock()....");
}
public static void main(String[] args) {
SpinLockDemo lockDemo = new SpinLockDemo();
new Thread(() -> {
lockDemo.myLock();
try {
TimeUnit.SECONDS.sleep(5);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
lockDemo.myUnLock();
}, "AA").start();
try {
TimeUnit.SECONDS.sleep(5);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
new Thread(() -> {
lockDemo.myLock();
lockDemo.myUnLock();
}, "BB").start();
}
}
共享锁和独占锁
class MyCache {
// 保证可见性
private volatile Map<String, Object> map = new HashMap<>();
// 保证了原子性，但是不能读
// private Lock lock = new ReentrantLock();
private ReadWriteLock readWriteLock = new ReentrantReadWriteLock();
public void put(String key, Object value) {
readWriteLock.writeLock().lock();
try {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 写入....");
TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
map.put(key, value);
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " finished 写入....");
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
} finally {
readWriteLock.writeLock().unlock();
}
}
public Object get(String key) {
readWriteLock.readLock().lock();
try {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 读取.....");
TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
Object o = map.get(key);
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " finished 读取.....");
return o;
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
} finally {
readWriteLock.readLock().unlock();
}
return null;
}
}
public class ReadWriteDemo {
public static void main(String[] args) {
MyCache myCache = new MyCache();
for (int i = 0; i < 5; i++) {
final int tempInt = i;
new Thread(() -> {
myCache.put(tempInt + "", tempInt + "");
}, String.valueOf(i)).start();
}
for (int i = 0; i < 5; i++) {
final int tempInt = i;
new Thread(() -> {
myCache.get(tempInt + "");
}, String.valueOf(i)).start();
}
}
}
0 写入....
0 finished 写入....
1 写入....
1 finished 写入....
2 写入....
2 finished 写入....
3 写入....
3 finished 写入....
4 写入....
4 finished 写入....
0 读取.....
1 读取.....
3 读取.....
2 读取.....
4 读取.....
2 finished 读取.....
0 finished 读取.....
1 finished 读取.....
3 finished 读取.....
4 finished 读取.....
写保证顺序，但是读不保证顺序
CountDownLatch
使用原理
- 创建CountDownLatch并设置计数器值。
- 启动多线程并且调用CountDownLatch实例的countDown()方法。
- 主线程调用
await()方法，这样主线程的操作就会在这个方法上阻塞，直到其他线程完成各自的任务，count值为0，停止阻塞，主线程继续执行。
使用场景
一个程序中有N个任务在执行，我们可以创建值为N的CountDownLatch，当每个任务完成后，调用一下countDown()方法进行递减count值，再在主线程中使用await()方法等待任务执行完成，主线程继续执行。
public class CountDownLatchDemo {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(6);
// 等待所有人离开教室案例
for (int i = 1; i <= 6; i++) {
new Thread(() -> {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 离开教室....");
// * Decrements the count of the latch, releasing all waiting threads if
// * the count reaches zero.
countDownLatch.countDown();
}, CountryEnum.getName(i)).start();
}
// Causes the current thread to wait until the latch has counted down to
// * zero, unless the thread is {@linkplain Thread#interrupt interrupted}.
countDownLatch.await();
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " ********关闭");
// closeDoor();
}
public static void closeDoor() throws InterruptedException {
CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(6);
for (int i = 0; i < 6; i++) {
new Thread(() -> {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 离开教室....");
countDownLatch.countDown();
}, String.valueOf(i)).start();
}
countDownLatch.await();
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " ********关闭");
}
enum CountryEnum {
ONE(1, "齐"), TWO(2, "楚"), THREE(3, "燕"), FOUR(4, "赵"), FIVE(5, "魏"), SIX(6, "韩");
CountryEnum(Integer code, String msg) {
this.code = code;
this.msg = msg;
}
private Integer code;
private String msg;
public Integer getCode() {
return code;
}
public String getMsg() {
return msg;
}
public static String getName(int index) {
CountryEnum[] values = CountryEnum.values();
for (CountryEnum value : values) {
if (index == value.getCode()) {
return value.getMsg();
}
}
return null;
}
}
}
CyclicBarrier
7个线程是随机的，当运行完毕之后，才会执行cyclicBarrier的回调函数
public static void main(String[] args) {
CyclicBarrier cyclicBarrier = new CyclicBarrier(7, ()-> System.out.println("完成收集....."));
for (int i = 0; i < 7; i++) {
new Thread(() -> {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 开始.....");
try {
cyclicBarrier.await();
} catch (InterruptedException | BrokenBarrierException e) {
e.printStackTrace();
}
}, String.valueOf(i)).start();
}
}
CyclicBarrier和CountDownLatch的区别
- CountDownLatch的计数器只能使用一次，而CyclicBarrier的计数器可以使用reset()方法重置，可以使用多次，所以CyclicBarrier能够处理更为复杂的场景；
- CyclicBarrier还提供了一些其他有用的方法，比如getNumberWaiting()方法可以获得CyclicBarrier阻塞的线程数量，isBroken()方法用来了解阻塞的线程是否被中断；
- CountDownLatch允许一个或多个线程等待一组事件的产生，而CyclicBarrier用于等待其他线程运行到栅栏位置。
Semaphore
一个或多个资源的互斥作用，使用时需要先构建一个参数来指定共享资源的数量，Semaphore构造完成后即是获取Semaphore、共享资源使用完毕后释放Semaphore。
// 模拟三个停车位
Semaphore semaphore = new Semaphore(3);
for (int i = 0; i < 6; i++) {
new Thread(() -> {
try {
semaphore.acquire();
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 获得车位");
TimeUnit.SECONDS.sleep(3);
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 离开");
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
} finally {
semaphore.release();
}
}, String.valueOf(i)).start();
}
阻塞队列
BlockingQueue
| 抛出异常 | 特殊值 | 阻塞 | 超时 | |
|---|---|---|---|---|
| 插入 | Add(e) | Offer | put | Offer |
| 移除 | Remove() | Pull | Take | Pull |
| 检查 | Element() | Peak | - | - |
SynchronousQueue
单个元素的队列，不消费不生产
SynchronousQueue<String> synchronousQueue = new SynchronousQueue<>();
new Thread(() -> {
try {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "put aa");
synchronousQueue.put("aa");
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "put bb");
synchronousQueue.put("bb");
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "put cc");
synchronousQueue.put("cc");
}catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}, "aaa").start();
new Thread(() -> {
try {
TimeUnit.SECONDS.sleep(5);
System.out.println(synchronousQueue.take());
TimeUnit.SECONDS.sleep(5);
System.out.println(synchronousQueue.take());
TimeUnit.SECONDS.sleep(5);
System.out.println(synchronousQueue.take());
}catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}, "bbb").start();
线程通信生产者消费者
class Sharedata {
private int number = 0;
private Lock lock = new ReentrantLock();
private Condition condition = lock.newCondition();
public void increment() {
lock.lock();
try {
// 1.判断
while (number != 0) {
// 等待，不生产
condition.await();
}
// 2.干活儿
number++;
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 生产 " + number);
// 3.唤醒
condition.signal();
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
} finally {
lock.unlock();
}
}
public void decrement() {
lock.lock();
try {
// 1.判断
while (number == 0) {
// 等待，不生产
condition.await();
}
// 2.干活儿
number--;
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 消费 " + number);
// 3.唤醒
condition.signal();
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
} finally {
lock.unlock();
}
}
}
多线程的判断用while if只适合两个线程的判断
synchronized和lock的区别
参考文章
存在层次上
synchronized: Java的关键字，在jvm层面上
Lock: 是一个接口
锁的释放
synchronized:
1、以获取锁的线程执行完同步代码，释放锁
2、线程执行发生异常，jvm会让线程释放锁
Lock: 在finally中必须释放锁，不然容易造成线程死锁
锁的获取
synchronized: 假设A线程获得锁，B线程等待。如果A线程阻塞，B线程会一直等待
Lock: 分情况而定，Lock有多个锁获取的方式，大致就是可以尝试获得锁，线程可以不用一直等待(可以通过tryLock判断有没有锁)
锁的释放（死锁产生）
synchronized: 在发生异常时候会自动释放占有的锁，因此不会出现死锁
Lock: 发生异常时候，不会主动释放占有的锁，必须手动unlock来释放锁，可能引起死锁的发生
锁的状态
synchronized: 无法判断
Lock: 可以判断
锁的类型
synchronized: 可重入 不可中断 非公平
Lock: 可重入 可判断 可公平（两者皆可）
性能
synchronized: 少量同步
Lock: 大量同步
- Lock可以提高多个线程进行读操作的效率。（可以通过readwritelock实现读写分离）
- 在资源竞争不是很激烈的情况下，Synchronized的性能要优于ReetrantLock，但是在资源竞争很激烈的情况下，Synchronized的性能会下降几十倍，但是ReetrantLock的性能能维持常态；
- ReentrantLock提供了多样化的同步，比如有时间限制的同步，可以被Interrupt的同步（synchronized的同步是不能Interrupt的）等。在资源竞争不激烈的情形下，性能稍微比synchronized差点点。但是当同步非常激烈的时候，synchronized的性能一下子能下降好几十倍。而ReentrantLock确还能维持常态。
调度
synchronized: 使用Object对象本身的wait 、notify、notifyAll调度机制
Lock: 可以使用Condition进行线程之间的调度
用法
synchronized: 在需要同步的对象中加入此控制，synchronized可以加在方法上，也可以加在特定代码块中，括号中表示需要锁的对象。
Lock: 一般使用ReentrantLock类做为锁。在加锁和解锁处需要通过lock()和unlock()显示指出。所以一般会在finally块中写unlock()以防死锁。
底层实现
synchronized: 底层使用指令码方式来控制锁的，映射成字节码指令就是增加来两个指令：monitorenter和monitorexit。当线程执行遇到monitorenter指令时会尝试获取内置锁，如果获取锁则锁计数器+1，如果没有获取锁则阻塞；当遇到monitorexit指令时锁计数器-1，如果计数器为0则释放锁。
Lock: 底层是CAS乐观锁，依赖AbstractQueuedSynchronizer类，把所有的请求线程构成一个CLH队列。而对该队列的操作均通过Lock-Free（CAS）操作。
循环打印
a,b,c三个线程的循环调用，每个线程分别打印10次，部分面试会考到
class Shareresource {
// a=1,b=2,c=3
private int number = 1;
private Lock lock = new ReentrantLock();
private Condition c1 = lock.newCondition();
private Condition c2 = lock.newCondition();
private Condition c3 = lock.newCondition();
public void print5() {
try {
lock.lock();
// 判断
while (number != 1) {
c1.await();
}
for (int i = 0; i < 5; i++) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " " + i);
}
// 通知
number = 2;
c2.signal();
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
} finally {
lock.unlock();
}
}
public void print10() {
try {
lock.lock();
while (number != 2) {
c2.await();
}
for (int i = 0; i < 10; i++) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " " + i);
}
// 通知
number = 3;
c3.signal();
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
} finally {
lock.unlock();
}
}
public void print15() {
try {
lock.lock();
while (number != 3) {
c3.await();
}
for (int i = 0; i < 15; i++) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " " + i);
}
// 通知
number = 1;
c1.signal();
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
} finally {
lock.unlock();
}
}
}