JUC-管程
章节目录：
-
- 一、什么是管程
-
- 1.1 概述
- 1.2 管程组成部分
- 1.3 变量共享问题
- 1.4 临界区概述
- 1.5 解决方案
- 二、synchronized
-
- 2.1 概述
- 2.2 使用 synchronized 解决变量共享问题
- 2.3 其它加锁情况
- 2.4 经典案例-线程八锁
- 三、变量的线程安全
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- 3.1 成员变量和静态变量是否线程安全？
- 3.2 成员变量竞争示例
- 3.3 局部变量是否线程安全？
- 3.4 局部变量示例
- 3.5 暴露引用会出现的问题
- 3.6 常见线程安全类
- 四、Monitor 概念
-
- 4.1 概述
- 4.2 Java 对象头
- 4.3 Monitor 原理
- 五、synchronized 原理
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- 5.1 字节码指令
- 5.2 轻量级锁
- 5.3 锁膨胀
- 5.4 自旋优化
- 5.5 偏向锁
- 六、wait notify
-
- 6.1 API 介绍
- 6.2 wait notify 原理
- 6.3 Sleep(long n) 与 wait(long n)的区别
- 6.4 正确使用方式
- 6.5 保护性暂停模式
- 6.6 生产者消费者模式
- 七、Park & Unpark
-
- 7.1 基本使用
- 7.2 与 wait notify 比较
- 7.3 park unpark 原理
- 八、多把锁
-
- 8.1 说明及代码示例
- 8.2 优点与缺点
- 九、活跃性
-
- 9.1 死锁
- 9.2 活锁
- 9.3 饥饿
- 十、ReentrantLock
-
- 10.1 概述
- 10.2 可重入
- 10.3 可打断
- 10.4 锁超时
- 10.5 公平锁
- 10.6 条件变量
- 十一、同步模式之顺序控制
-
- 11.1 固定顺序
- 11.2 交替输出
- 十二、结束语
一、什么是管程
在并发编程中，有两大核心问题，一是互斥（即同一时刻只允许一个线程访问共享资源）；另一个是同步（即线程之间如何通信协作）。而这两大问题，可以通过管程来进行解决。
1.1 概述
- 管程 (
Monitor，也称为监视器) ：是一种程序结构，结构内的多个子程序（对象或模块）形成的多个工作线程互斥访问共享资源。这些共享资源一般是硬件设备或一群变量。 - 简而言之，管程是管理共享变量以及对共享变量的操作过程，使其支持并发。
- 而在
Java中synchronized关键字及wait()、notify()、notifyAll()这三个方法都是管程的组成部分。管程和信号量是等价的，所谓等价指的是用管程能够实现信号量，也能用信号量实现管程。
1.2 管程组成部分
- 管程的名称。
- 局部于管程内部的共享数据结构说明。
- 对该数据结构进行操作的一组过程。
- 对局部于管程内部的共享数据设置初始值的语句。
1.3 变量共享问题
- 代码示例：
@Slf4j
public class Sample {
private static int num = 0;
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
// t1线程完成对静态成员变量自增操作。
Thread t1 = new Thread(() -> {
for (int i = 0; i < 10000; i++) {
num++;
}
}, "t1");
// t2线程完成对静态成员变量自减操作。
Thread t2 = new Thread(() -> {
for (int i = 0; i < 10000; i++) {
num--;
}
}, "t2");
t1.start();
t2.start();
t1.join();
t2.join();
log.debug("num={}", num);
// 执行第一次：num=-6821
// 执行第二次：num=1953
}
}
- 注意：以上执行结果可能会出现三种情况：负数，0，正数。
- 为0的情况 - 示意图：
- 为负数情况 - 示意图：
- 为正数的情况 - 示意图：
1.4 临界区概述
一个程序运行多个线程本身是没有问题的，问题出在多个线程对共享资源读写操作时发生指令交错，就会出现问题。
- 临界区（Critical Section）：指的是一个访问共享资源的程序片段，而这些共享资源又无法同时被多个线程访问的特性。当有线程进入临界区段时，其他线程或是进程必须等待，有一些同步的机制必须在临界区段的进入点与离开点实现，以确保这些共享资源是被互斥获得使用的。
- 多个线程在临界区内执行，由于代码的执行序列不同而导致结果无法预测，称之为发生了竞态条件（Race Condition）。
1.5 解决方案
- 为了避免临界区的竞态条件发生，有多种手段可以达到目的：
- 阻塞式的解决方案：
synchronized，Lock。 - 非阻塞式的解决方案：原子变量。
- 阻塞式的解决方案：
二、synchronized
2.1 概述
-
synchronized关键字：即俗称的对象锁，它采用互斥的方式让同一时刻至多只有一个线程能持有对象锁，其它线程再想获取这个对象锁时就会阻塞住。这样就能保证拥有锁的线程可以安全的执行临界区内的代码，不用担心线程上下文切换。 -
虽然
java中互斥和同步都可以采用synchronized关键字来完成，但它们还是有区别的：- 互斥是保证临界区的竞态条件发生，同一时刻只能有一个线程执行临界区代码。
- 同步是由于线程执行的先后、顺序不同、需要一个线程等待其它线程运行到某个点。
-
语法示例：
synchronized(Object){ // 线程1进入执行，线程2阻塞等待。
// 临界区
}
2.2 使用 synchronized 解决变量共享问题
- 代码示例：
@Slf4j
public class Sample {
private static int num = 0;
/**
* 两个线程对同一对象加锁。
*/
private static final Object obj = new Object();
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
// t1线程完成对成员变量自增操作。
Thread t1 = new Thread(() -> {
for (int i = 0; i < 10000; i++) {
synchronized (obj) {
num++;
}
}
}, "t1");
// t2线程完成对成员变量自减操作。
Thread t2 = new Thread(() -> {
for (int i = 0; i < 10000; i++) {
synchronized (obj) {
num--;
}
}
}, "t2");
t1.start();
t2.start();
t1.join();
t2.join();
log.debug("num={}", num);
// 执行第一次：num=0
// 执行第二次：num=0
}
}
- 示意图：
- 总结：
synchronized实际是用对象锁保证了临界区内代码的原子性，临界区内的代码对外是不可分割的，不会被线程切换所打断。
2.3 其它加锁情况
- 将
synchronized放在循环体外？ — 只是锁粒度不同，依然能锁住对象，num=0。
// t1线程完成对成员变量自增操作。
Thread t1 = new Thread(() -> {
// 将 synchronized 放在循环体外，原子性。
synchronized (obj) {
for (int i = 0; i < 10000; i++) {
num++;
}
}
}, "t1");
- 锁不同对象？— 相当于上了两把不同的对象锁，无法锁住。
private static final Object obj1 = new Object();
private static final Object obj2 = new Object();
// t1线程完成对成员变量自增操作。
Thread t1 = new Thread(() -> {
// 锁 obj1
synchronized (obj1) {
for (int i = 0; i < 10000; i++) {
num++;
}
}
}, "t1");
// t2线程完成对成员变量自减操作。
Thread t2 = new Thread(() -> {
// 锁 obj2
synchronized (obj2) {
for (int i = 0; i < 10000; i++) {
num--;
}
}
}, "t2");
- 拿一个线程不加锁？— 相当于没有限制，无法锁住。
2.4 经典案例-线程八锁
此处通过 8 种情况的案例，明白锁住的对象究竟是谁。
- 锁案例1：同一对象调用两个普通同步方法 — 锁住了同一个实例对象，同步执行。
@Slf4j
class Sample1 {
/**
* 普通同步方法 a。
*/
public synchronized void a() {
log.debug("a");
}
/**
* 普通同步方法 b。
*/
public synchronized void b() {
log.debug("b");
}
public static void main(String[] args) {
// 通过一个对象去调用普通同步方法。
Sample1 sample1 = new Sample1();
new Thread(sample1::a).start();
new Thread(sample1::b).start();
// a b
}
}
- 锁案例2：普通同步方法
a()中加入睡眠。 — 因为都是锁同一个对象，即便加了睡眠也是同步执行。
@Slf4j
class Sample2 {
/**
* 普通同步方法 a。
*/
public synchronized void a() {
try {
// 增加1s睡眠。
TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
log.debug("a");
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
/**
* 普通同步方法 b。
*/
public synchronized void b() {
log.debug("b");
}
public static void main(String[] args) {
Sample2 sample2 = new Sample2();
new Thread(sample2::a).start();
new Thread(sample2::b).start();
// a b
}
}
- 锁案例3：新加入普通非同步方法
c()— 方法a()、b()共享一把对象锁仍是同步执行，非同步方法c()无锁则并行执行。
@Slf4j
class Sample3 {
/**
* 普通同步方法 a。
*/
public synchronized void a() {
try {
TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
log.debug("a");
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
/**
* 普通同步方法 b。
*/
public synchronized void b() {
log.debug("b");
}
/**
* 新增：普通非同步方法 c。
*/
public void c() {
log.debug("c");
}
public static void main(String[] args) {
Sample3 sample3 = new Sample3();
new Thread(sample3::a).start();
new Thread(sample3::b).start();
new Thread(sample3::c).start();
// c a b
}
}
- 锁案例4：通过不同对象，调用不同的同步方法。 — 相当于持有两把不同的对象锁，并行执行。
@Slf4j
class Sample4 {
/**
* 普通同步方法 a。
*/
public synchronized void a() {
log.debug("a");
}
/**
* 普通同步方法 b。
*/
public synchronized void b() {
log.debug("b");
}
public static void main(String[] args) {
Sample4 sample = new Sample4();
Sample4 sample2 = new Sample4();
// 创建不同对象调用不同的同步方法。
new Thread(sample::a).start();
new Thread(sample2::b).start();
// 执行第一次：b a
// 执行第二次：a b
}
}
- 锁案例5：将 普通同步方法
a()修改为静态同步方法。 — 静态同步方法a()锁住的是Sample5.class，普通同步方法b()锁住的是实例对象。锁的对象不同，则并行执行。
@Slf4j
class Sample5 {
/**
* 静态同步方法 a。
*/
public static synchronized void a() {
try {
// 睡眠1s。
TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
log.debug("a");
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
/**
* 普通同步方法 b。
*/
public synchronized void b() {
log.debug("b");
}
public static void main(String[] args) {
Sample5 sample5 = new Sample5();
new Thread(() -> {sample5.a();}).start();
new Thread(() -> {sample5.b();}).start();
// b a
}
}
- 锁案例6：
a()、b()均为静态同步方法。 — 共享一把Sample6.class对象锁，同步执行。
@Slf4j
class Sample6 {
/**
* 静态同步方法 a。
*/
public static synchronized void a() {
try {
// 睡眠1s。
TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
log.debug("a");
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
/**
* 静态同步方法 b。
*/
public static synchronized void b() {
log.debug("b");
}
public static void main(String[] args) {
new Thread(Sample6::a).start();
new Thread(Sample6::b).start();
// a b
}
}
- 锁案例7：通过不同实例对象分别调用静态同步方法
a()及普通同步方法b()— 锁对象不同，并行执行。
@Slf4j
class Sample7 {
/**
* 静态同步方法 a。
*/
public static synchronized void a() {
try {
// 睡眠1s。
TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
log.debug("a");
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
/**
* 普通同步方法 b。
*/
public synchronized void b() {
log.debug("b");
}
public static void main(String[] args) {
Sample7 sample1 = new Sample7();
Sample7 sample2 = new Sample7();
new Thread(() -> {sample1.a();}).start();
new Thread(() -> {sample2.b();}).start();
// b a
}
}
- 锁案例8：通过不同实例对象调用静态同步方法
a()和b()— 同时锁住Sample8.class对象，同步执行。
@Slf4j
class Sample8 {
/**
* 静态同步方法 a。
*/
public static synchronized void a() {
try {
// 睡眠1s。
TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
log.debug("a");
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
/**
* 静态同步方法 b。
*/
public static synchronized void b() {
log.debug("b");
}
public static void main(String[] args) {
Sample8 sample1 = new Sample8();
Sample8 sample2 = new Sample8();
new Thread(() -> {sample1.a();}).start();
new Thread(() -> {sample2.b();}).start();
// a b
}
}
三、变量的线程安全
3.1 成员变量和静态变量是否线程安全？
-
如果它们没有共享，则线程安全。
-
如果它们被共享了，根据它们的状态是否能够改变，又分两种情况：
- 如果只有读操作，则线程安全。
- 如果有读写操作，则这段代码是临界区，需要考虑线程安全。
3.2 成员变量竞争示例
@Slf4j
class ThreadUnsafe {
/**
* 成员变量列表。
*/
private ArrayList<String> list = new ArrayList<>();
/**
* 添加元素方法。
*/
private void add() {
this.list.add("element");
}
/**
* 删除列表中第一个元素方法。
*/
private void removeFirst() {
this.list.remove(0);
}
/**
* 使添加与删除操作互相竞争的方法。
*/
public void contest() {
for (int i = 0; i < 3000; i++) {
// 临界区。
this.add();
this.removeFirst();
}
}
public static void main(String[] args) {
ThreadUnsafe unsafe = new ThreadUnsafe();
// 创建两个线程执行。
for (int i = 0; i < 2; i++) {
new Thread(() -> {
log.debug(Thread.currentThread().getName());
unsafe.contest();
// Exception in thread "t_0" java.lang.IndexOutOfBoundsException
}, "t_" + i).start();
}
}
}
- 示意图：
- 分析说明：
removeFirst()与add()引用的都是同一个list成员变量。- 当线程执行发生竞争时，
add()还没来得及添加上元素，removeFirst()去通过索引移除元素就会抛IndexOutOfBoundsException异常。
3.3 局部变量是否线程安全？
-
局部变量是线程安全的。
-
但局部变量引用的对象则未必：
- 如果该对象没有逃离方法的作用范围访问，它是线程安全的。
- 如果该对象逃离方法的作用范围，需要考虑线程安全。
3.4 局部变量示例
将上述例子进行调整，去掉成员变量
list，并在contest()方法中创建成员变量，add()、removeFirst()方法接收传入的list进行操作。
@Slf4j
class ThreadSafe {
/**
* 添加元素方法。
*
* @param list 列表
*/
private void add(ArrayList<String> list) {
list.add("element");
}
/**
* 删除列表中第一个元素方法。
*
* @param list 列表
*/
private void removeFirst(ArrayList<String> list) {
list.remove(0);
}
/**
* 使添加与删除操作互相竞争的方法。
*/
public void contest() {
// 创建成员变量列表。
ArrayList<String> list = new ArrayList<>();
for (int i = 0; i < 3000; i++) {
// 临界区。
add(list);
removeFirst(list);
}
}
public static void main(String[] args) {
ThreadSafe safe = new ThreadSafe();
// 创建两个线程执行。
for (int i = 0; i < 2; i++) {
new Thread(() -> {
log.debug(Thread.currentThread().getName());
safe.contest();
}, "t_" + i).start();
}
}
}
- 示意图：
- 分析说明：
list是局部变量，每个线程调用时会创建其不同实例，没有共享。add()、removeFirst()方法接收的对象都是通过contest()方法传递过来的，也就是说操作的都是同一个对象。
3.5 暴露引用会出现的问题
将上述示例中
ThreadSafe类中的removeFirst()方法修改为public修饰符。
- 问题示例：
@Slf4j
class SubClass extends ThreadSafe {
/**
* 【覆盖】删除列表第一个元素的方法。
*
* @param list 列表
*/
@Override
public void removeFirst(ArrayList<String> list) {
// 【创建了新的线程访问到了 list 对象，此时的 list 相当于成了共享资源。】
new Thread(() -> list.remove(0)).start();
}
public static void main(String[] args) {
// 创建子类实例。
SubClass sc = new SubClass();
// 创建两个线程执行。
for (int i = 0; i < 2; i++) {
new Thread(() -> {
log.debug(Thread.currentThread().getName());
// 调用父类方法。
sc.contest();
// java.lang.IndexOutOfBoundsException
}, "t_" + i).start();
}
}
- 代码优化（将读写操作方法改为
private修饰，将公共访问方法加上final修饰。）：
private void add(ArrayList<String> list) {
list.add("element");
}
private void removeFirst(ArrayList<String> list) {
list.remove(0);
}
public final void contest() {
// 创建成员变量列表。
ArrayList<String> list = new ArrayList<>();
for (int i = 0; i < 3000; i++) {
// 临界区。
add(list);
removeFirst(list);
}
}
- 总结：
private或final修饰符对多线程下的变量安全问题是有意义的。- 它们对访问或修改进行关闭，则能在一定程度上保护我们的方法不受其他线程影响。
3.6 常见线程安全类
这里说它们是线程安全的是指，多个线程调用它们同一个实例的某个方法时，是线程安全的。即它们的每个方法都是原子的，但是需要注意的是它们多个方法组合不是原子的。
StringIntegerStringBufffferRandomVectorHashtablejava.util.concurrent包下的类
四、Monitor 概念
4.1 概述
Monitor被翻译为监视器或管程。- 每个
Java对象都可以关联一个Monitor对象，如果使用synchronized给对象上锁（重量级）之后，该对象头的Mark Word中就被设置指向Monitor对象的指针。
4.2 Java 对象头
由于
Java面向对象的思想，在JVM中需要大量存储对象，存储时为了实现一些额外的功能，需要在对象中添加一些标记字段用于增强对象功能，这些标记字段组成了对象头。
-
在
HotSpot虚拟机中，对象在内存中存储的布局可以分为3块区域：对象头（Header），实例数据（Instance Data）和对齐填充（Padding）。即JAVA对象 = 对象头 + 实例数据 + 对象填充。 -
而对象头又由两部分组成：一部分用于存储自身的运行时数据，称之为
Mark Word，另外一部分是类型指针，及对象指向它的类元数据的指针。 -
64 位虚拟机
Mark Word：
|-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| Object Header(128bits) |
|-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| Mark Word(64bits) | Klass Word(64bits) | State |
|-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| unused:25|identity_hashcode:31|unused:1|age:4|biase_lock:0| 01 | OOP to metadata object | Nomal |
|-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| thread:54| epoch:2 |unused:1|age:4|biase_lock:1| 01 | OOP to metadata object | Biased |
|-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| ptr_to_lock_record:62 | 00 | OOP to metadata object | Lightweight Locked |
|-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| ptr_to_heavyweight_monitor:62 | 10 | OOP to metadata object | Heavyweight Locked |
|-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| | 11 | OOP to metadata object | Marked for GC |
|-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
- Mark Word说明：
| 标记字 | 状态 |
|---|---|
| unused（25bit）| 对象的hashcode值（31bit）| unused（1bit）| 分代年龄（4bit） | 是否偏向锁（0）| 锁标志位 （01） | 无锁态 |
| 线程ID（54bit） | Epoch（2bit） | unused（1bit）| 分代年龄（4bit） | 是否偏向锁（1）| 锁标志位 （01） | 偏向锁 |
| 指向栈中锁记录的指针（ptr_to_lock_record 62bit） | 锁标志位 （00） | 轻量级锁 |
指向管程 Monitor 的指针（ptr_to_heavyweight_monitor 62bit） | 锁标志位 （10） |
重量级锁 |
| 空 | 锁标志位 （11） | GC标记 |
- 对象的哈希码值（
identity_hashcode）：运行期间调用System.identityHashCode()来延迟计算，并把结果赋值到这里。当对象加锁后，计算的结果31位不够表示，在偏向锁，轻量锁，重量锁，hashcode会被转移到Monitor中。 - 分代年龄（
age）：表示对象被GC的次数，当该次数到达阈值的时候，对象就会转移到老年代。 - 是否偏向锁（
biased_lock）：由于无锁和偏向锁的锁标识都是 01，没办法区分，这里引入一位的偏向锁标识位。 - 锁标志位（
lock）：区分锁状态，11时表示对象待GC回收状态，只有最后2位锁标识（11）有效。 - 偏向锁的线程ID（
thread）：偏向模式的时候，当某个线程持有对象的时候，对象这里就会被置为该线程的ID。 在后面的操作中，就无需再进行尝试获取锁的动作。 - 偏向性标识（
epoch）：偏向锁在CAS锁操作过程中，表示对象更偏向哪个锁。 - 轻量级锁状态下，指向栈中锁记录的指针（
ptr_to_lock_record）：当锁获取是无竞争的时，JVM使用原子操作而不是OS互斥。这种技术称为轻量级锁定。在轻量级锁定的情况下，JVM通过CAS操作在对象的标题字中设置指向锁记录的指针。 - 重量级锁状态下，指向对象监视器 Monitor 的指针（
ptr_to_heavyweight_monitor）：如果两个不同的线程同时在同一个对象上竞争，则必须将轻量级锁定升级到Monitor以管理等待的线程。在重量级锁定的情况下，JVM在对象的ptr_to_heavyweight_monitor设置指向Monitor的指针。
4.3 Monitor 原理
- 示意图：
-
分析说明：
- 刚开始
Monitor中Owner为null； - 当线程-1执行
synchronized(obj)就会将Monitor的所有者Owner置为线程-1，Monitor中只能有一个Owner； - 在线程-1上锁的过程中，如果有其他线程执行
synchronized(obj)则会进入EntryList此时为阻塞状态； - 线程-1执行完同步代码块的内容后，唤醒
EntryList中等待的线程来竞争锁，竞争的时是非公平的。 - 图中
WaitSet是用于存放已经获得了锁的线程（因为缺少某些外部条件，而无法继续进行下去）。
- 刚开始
-
注意：
synchronized必须是进入同一个对象的monitor才有上述的效果。- 不加
synchronized的对象不会关联监视器，不遵从以上规则。
五、synchronized 原理
5.1 字节码指令
注意：方法级别的
synchronized不会在字节码指令中有所体现。
- 代码示例：
public class SynchronizedSample {
private static final Object obj = new Object();
private static int counter = 0;
public static void main(String[] args) {
synchronized (obj) {
counter++;
}
}
}
- 对应字节码及说明：
0 getstatic #2 // <- lock引用 （synchronized开始）
3 dup
4 astore_1 // lock引用 -> slot 1
5 monitorenter // 将 lock对象 MarkWord 置为 Monitor 指针
6 getstatic #3 // <- i
9 iconst_1 // 准备常数 1
10 iadd // +1
11 putstatic #3 // -> i
14 aload_1 // <- lock引用
15 monitorexit // 将 lock对象 MarkWord 重置, 唤醒 EntryList
16 goto 24 (+8)
19 astore_2 // e -> slot 2
20 aload_1 // <- lock引用
21 monitorexit // 将 lock对象 MarkWord 重置, 唤醒 EntryList
22 aload_2 // <- slot 2 (e)
23 athrow // throw e
24 return
5.2 轻量级锁
- 轻量级锁的使用场景：如果一个对象虽然有多线程要加锁，但加锁的时间是错开的（也就是没有竞争），那么可以使用轻量级锁来优化。
- 轻量级锁对使用者是透明的，即语法仍然是
synchronized。 - 假设有两个方法同步块，利用同一个对象加锁（代码示例如下）：
public class SynchronizedSample {
private static final Object obj = new Object();
public static void method1() {
synchronized (obj) {
// 同步块 A
method2();
}
}
public static void method2() {
synchronized (obj) {
// 同步块 B
}
}
}
- 加锁过程如下：
- 步骤一：创建锁记录（
Lock Record）对象，每个线程的栈帧都会包含一个锁记录的结构，内部可以存储锁定对象的Mark Word； - 步骤二：让锁记录中
Object reference指向锁对象，并尝试用cas替换Object的Mark Word，将Mark Word的值存入锁记录； - 步骤三：如果
cas替换成功，对象头中存储了锁记录地址和状态00，表示由该线程给对象加锁。
- 步骤一：创建锁记录（
- 上述步骤二
cas可能会替换失败，这时候又有两种情况：- 情况一：如果是其它线程已经持有了该
Object的轻量级锁，这时表明有竞争，进入锁膨胀过程。 - 情况二：如果是自己执行了
synchronized锁重入，那么再添加一条Lock Record作为重入的计数。
- 情况一：如果是其它线程已经持有了该
- 当退出
synchronized代码块（解锁时）如果有取值为null的锁记录，表示有重入，这时重置锁记录，表示重入计数减一。
- 当退出
synchronized代码块（解锁时）锁记录的值不为null，这时使用cas将Mark Word的值恢复给对象头。- 成功，则解锁成功。
- 失败，说明轻量级锁进行了锁膨胀或已经升级为重量级锁，进入重量级锁解锁流程。
5.3 锁膨胀
-
如果在尝试加轻量级锁的过程中，
cas操作无法成功，这时一种情况就是有其它线程为此对象加上了轻量级锁（有竞争），这时需要进行锁膨胀，将轻量级锁变为重量级锁。 -
代码示例：
public class SynchronizedSample {
private static final Object obj = new Object();
public static void method1() {
synchronized (obj) {
// 同步块
}
}
}
- 当 Thread-1 进行轻量级加锁时，Thread-0 已经对该对象加了轻量级锁。
- 这时 Thread-1 加轻量级锁失败，进入锁膨胀流程：
- 即为
Object对象申请Monitor锁，让Object指向重量级锁地址。 - 然后自己进入
Monitor的EntryListBLOCKED。
- 即为
- 当 Thread-0 退出同步块解锁时，使用
cas将Mark Word的值恢复给对象头，失败。这时会进入重量级解锁流程，即按照Monitor地址找到Monitor对象，设置Owner为null，唤醒EntryList中BLOCKED线程。
5.4 自旋优化
- 重量级锁竞争的时候，还可以使用自旋来进行优化，如果当前线程自旋成功（即这时候持锁线程已经退出了同步块，释放了锁），这时当前线程就可以避免阻塞。
- 自旋会占用
cpu时间，单核cpu自旋就是浪费，多核cpu自旋才能发挥优势。 - 在
Java 6之后自旋锁是自适应的，比如对象刚刚的一次自旋操作成功过，那么认为这次自旋成功的可能性会高，就多自旋几次；反之，就少自旋甚至不自旋，总之，比较智能。 Java 7之后不能控制是否开启自旋功能。
5.5 偏向锁
-
轻量级锁在没有竞争时（就自己这个线程），每次重入仍然需要执行
cas操作。 -
Java 6中引入了偏向锁来做进一步优化：只有第一次使用cas将线程ID设置到对象的Mark Word头，之后发现这个线程ID是自己的就表示没有竞争，不用重新cas，以后只要不发生竞争，这个对象就归该线程所有。 -
代码示例：
public class SynchronizedSample {
private static final Object obj = new Object();
public static void method1() {
synchronized (obj) {
// 同步块 A
method2();
}
}
public static void method2() {
synchronized (obj) {
// 同步块 B
method3();
}
}
public static void method3() {
synchronized (obj) {
// 同步块 C
}
}
}
- 偏向锁优化示意图：
- 其他补充：
- 如果开启了偏向锁（默认开启），那么对象创建后，
markword值为0x05即最后 3 位为101，这时它的thread、epoch、age都为 0。 - 偏向锁是默认是延迟的，不会在程序启动时立即生效，如果想避免延迟，可以加
VM参数-XX:BiasedLockingStartupDelay=0来禁用延迟。 - 如果没有开启偏向锁，那么对象创建后，
markword值为0x01即最后 3 位为001，这时它的hashcode、age都为 0，第一次用到hashcode时才会赋值。
- 如果开启了偏向锁（默认开启），那么对象创建后，
六、wait notify
6.1 API 介绍
| 方法 | 功能 |
|---|---|
wait() |
释放对象的锁，进入 WaitSet 等待区，从而让其他线程就机会获取对象的锁。无时限等待，直到 notify 为止。 |
wait(long n) |
有时限的等待, 到 n 毫秒后结束等待，或是被 notify。 |
notify() |
在 object 上正在 waitSet 等待的线程中挑一个唤醒。 |
notifyAll() |
让 object 上正在 waitSet 等待的线程全部唤醒。 |
- 代码示例：
@Slf4j
public class WaitNotifySample {
private static final Object obj = new Object();
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
new Thread(() -> {
// 对象锁。
synchronized (obj) {
log.debug("t1 run...");
try {
// 线程等待。
obj.wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
log.debug("t1 wake,do other things...");
}
}, "t1").start();
new Thread(() -> {
synchronized (obj) {
log.debug("t2 run...");
try {
obj.wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
log.debug("t2 wake,do other things...");
}
}, "t2").start();
// 主线程等待2s后执行。
TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
log.debug("wake obj thread");
// 通过同一把对象锁去唤醒。
synchronized (obj) {
// 若此处调用 notifyAll() 则唤醒当前对象锁的所有线程。
obj.notify();
// 执行结果如下：
// t1 run...
// t2 run...
// wake obj thread
// t1 wake,do other things...
}
}
}
6.2 wait notify 原理
- 示意图：
Owner线程发现条件不满足，调用wait方法，即可进入WaitSet变为WAITING状态。BLOCKED和WAITING的线程都处于阻塞状态，不占用cpu时间片。BLOCKED线程会在Owner线程释放锁时唤醒。WAITING线程会在Owner线程调用notify或notifyAll时唤醒，但唤醒后并不意味着立刻获得锁，仍需进入EntryList重新竞争。
6.3 Sleep(long n) 与 wait(long n)的区别
sleep()是Thread方法，而wait()是Object的方法。sleep()不需要强制和synchronized配合使用，但wait()需要和synchronized一起用。sleep()在睡眠的同时，不会释放对象锁的，但wait()在等待的时候会释放对象锁。- 它们的状态都是
TIMED_WAITING。
6.4 正确使用方式
-
解决某些场景下，使用
sleep()一直阻塞导致执行效率太低的场景，此时就可以采用wait-notify机制。 -
而
notify()只能随机唤醒一个WaitSet中的线程，这时如果有其它线程也在等待，那么就可能唤醒不了正确的线程，这种情况称之为“虚假唤醒”。故需要notifyAll()进行唤醒。 -
用
notifyAll()仅解决某个线程的唤醒问题，但使用if + wait判断仅有一次机会，一旦条件不成立，就没有重新判断的机会了，故需要while进行循环判断。 -
最终模板如下：
synchronized(lock){
while(条件不成立){
lock.wait();
}
// 干活
}
// 另一个线程
synchronized(lock){
lock.notifyAll();
}
6.5 保护性暂停模式
- 概念：即
Guarded Suspension，用在一个线程等待另一个线程的执行结果，它属于同步模式。 - 要点：有一个结果需要从一个线程传递到另一个线程，让它们关联同一个
GuardedObject。 jdk中，join的实现、Future的实现，采用的就是此模式。- 示意图：
+- - - - - - - - - +
' GuardedObject: '
' '
+----+ wait ' +--------------+ ' task finish notify t1 +----+
| t1 | ------> ' | response | ' <----------------------- | t2 |
+----+ ' +--------------+ ' +----+
' '
+- - - - - - - - - +
- 代码示例：
@Slf4j
public class GuardedObject {
private Object response;
/**
* 获取响应对象。
*
* @return {@link Object}
*/
public Object getResponseObj() {
synchronized (this) {
// 不满足条件，一直等待，避免虚假唤醒。
while (null == response) {
try {
log.debug("{}: waiting...", Thread.currentThread().getName());
this.wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
return response;
}
}
/**
* 设置响应对象后进行通知。
*
* @param response 响应
*/
public void setResponseObjAndNotify(Object response) {
synchronized (this) {
this.response = response;
log.debug("{}: notify all thread", Thread.currentThread().getName());
this.notifyAll();
}
}
/**
* 模拟业务下载。
*
* @return {@link List}<{@link String}>
*/
public List<String> download() {
try {
// 模拟执行耗时 1s。
TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
// 返回空集合。
return Collections.emptyList();
}
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
GuardedObject gObj = new GuardedObject();
new Thread(() -> {
// t1 线程 waiting。
Object response = gObj.getResponseObj();
log.debug("t1: get response {}", response);
}, "t1").start();
new Thread(() -> {
// t2 线程执行完任务后为对象赋值，再唤醒 t1 线程。
List<String> response = gObj.download();
log.debug("t2: download finish");
gObj.setResponseObjAndNotify(response);
}, "t2").start();
// t1: waiting...
// t2: download finish
// t2: notify all thread
// t1: get response []
}
}
-
但是上述代码示例有个问题，执行下载的业务如果卡主，
t2线程一直未给response进行赋值那么就会导致t1线程一直阻塞。 -
接下来，我们加入一个超时机制，为
getResponseObj()方法添加一个超时时间，如果超过了超时时间，就算是还没有结果，也进行返回，不再阻塞。 -
改造后代码示例如下：
@Slf4j
public class GuardedObject {
private Object response;
/**
* 获取响应对象。
*
* @param timeout 超时时间。
* @return {@link Object}
*/
public Object getResponseObj(long timeout) {
synchronized (this) {
// 记录最初时间。
long begin = System.currentTimeMillis();
// 已经经过的时间。
long passTime = 0;
while (null == response) {
// 计算等待了多长时间。（假设 timeout 是 1000，结果在 400 时唤醒了，那么还有 600 要等）
long waitTime = timeout - passTime;
if (waitTime <= 0) {
log.debug("waitTime <= 0,break");
break;
}
try {
log.debug("{}: waiting...", Thread.currentThread().getName());
this.wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
// 求出已经经历的时间。
passTime = System.currentTimeMillis() - begin;
boolean flag = response == null;
log.debug("timePassed: {}ms, get object is null ={}", passTime, flag);
}
return response;
}
}
/**
* 设置响应对象后进行通知。
*
* @param response 响应
*/
public void setResponseObjAndNotify(Object response) {
synchronized (this) {
this.response = response;
log.debug("{}: notify all thread", Thread.currentThread().getName());
this.notifyAll();
}
}
/**
* 模拟业务下载。
*
* @return {@link List}<{@link String}>
*/
public List<String> download() {
try {
TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
return Collections.emptyList();
}
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
GuardedObject gObj = new GuardedObject();
new Thread(() -> {
// 设置等待时限 2s。
Object response = gObj.getResponseObj(2000L);
if (null != response) {
log.debug("t1: get response {}", response);
} else {
log.debug("can't get response");
}
}, "t1").start();
new Thread(() -> {
try {
// 假设此时任务线程卡主，一直未赋值 response。
TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(3000L);
gObj.setResponseObjAndNotify(null);
// 卡了3s后才开始执行下载逻辑。
List<String> response = gObj.download();
log.debug("t2: download finish");
gObj.setResponseObjAndNotify(response);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}, "t2").start();
// t1: waiting...
// t2: notify all thread
// timePassed: 3001ms, get object is null =true
// waitTime <= 0,break
// can't get response
// 2: download finish
// t2: notify all thread
}
}
6.6 生产者消费者模式
- 与前面的保护性暂停中的
GuardObject不同，不需要产生结果和消费结果的线程一一对应。 - 消费队列可以用来平衡生产和消费的线程资源。
- 生产者仅负责产生结果数据，不关心数据该如何处理，而消费者专心处理结果数据。
- 消息队列是有容量限制的，满时不会再加入数据，空时不会再消耗数据。
JDK中各种阻塞队列，采用的就是这种模式。- 示意图：
- 代码示例如下：
public class ProducerAndConsumerSample {
@AllArgsConstructor
@Getter
static class Message {
private int id;
private Object message;
}
@Slf4j
static final class MessageQueue {
/**
* 消息队列。
*/
private final LinkedList<Message> queue;
/**
* 容量。
*/
private final int capacity;
public MessageQueue(int capacity) {
this.capacity = capacity;
queue = new LinkedList<>();
}
public Message take() {
synchronized (queue) {
// 没消息等待。
while (queue.isEmpty()) {
log.debug("No messages in the queue,wait...");
try {
queue.wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
// 有消息就出列，并通知其他线程。
Message message = queue.removeFirst();
queue.notifyAll();
return message;
}
}
public void put(Message message) {
synchronized (queue) {
// 消息个数如果等于指定容量就等待。
while (queue.size() == capacity) {
log.debug("there are too many message,wait...");
try {
queue.wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
// 添加消息，并通知。
queue.addLast(message);
queue.notifyAll();
}
}
public static void main(String[] args) {
// 创建指定容量为 1 的 mq 对象。
MessageQueue mq = new MessageQueue(1);
// 创建3个生产者线程。
for (int i = 0; i < 3; i++) {
int id = i + 1;
String threadId = "thread-" + id;
new Thread(() -> {
log.debug("({}) ,try put message", threadId);
mq.put(new Message(id, threadId + " message info"));
log.debug("({}) ,put message success", threadId);
}, "producer_" + threadId).start();
}
// 消费者线程。
new Thread(() -> {
while (true) {
Message msg = mq.take();
log.debug("(Thread-4) get message:" + msg.getMessage());
}
}, "consumer_thread-4").start();
// 某次运行结果如下：
// No messages in the queue,wait...
// (thread-2) ,try put message
// (thread-3) ,try put message
// (thread-1) ,try put message
// (thread-2) ,put message success
// (thread-1) ,put message success
// there are too many message,wait...
// (Thread-4) get message:thread-2 message info
// (Thread-4) get message:thread-1 message info
// (thread-3) ,put message success
// (Thread-4) get message:thread-3 message info
// No messages in the queue,wait...
}
}
}
七、Park & Unpark
7.1 基本使用
- 它们是
LockSupport类中的方法。
// 暂停当前线程。
LockSupport.park();
// 恢复某个线程的运行。(暂停线程对象)
LockSupport.unpark(Thread thread);
- 代码示例：
@Slf4j
public class ParkAndUnpark {
/**
* 测试先 park 再 unpark 场景。
*
* @throws InterruptedException 中断异常
*/
@Test
public void testParkThenUnpark() throws InterruptedException {
Thread t1 = new Thread(() -> {
log.debug("park...");
LockSupport.park();
log.debug("resume...");
}, "t1");
t1.start();
TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(5);
log.debug("unpark...");
LockSupport.unpark(t1);
t1.join();
// park...
// unpark...
// resume...
}
/**
* 测试先 unpark 再 park 场景。
*
* @throws InterruptedException 中断异常
*/
@Test
public void testUnparkThenPark() throws InterruptedException {
Thread t2 = new Thread(() -> {
try {
TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(3);
log.debug("park...");
LockSupport.park();
log.debug("resume...");
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}, "t2");
t2.start();
log.debug("unpark...");
LockSupport.unpark(t2);
t2.join();
// unpark...
// park...
// resume...
}
}
7.2 与 wait notify 比较
park()&unpark()与Object的wait()¬ify()相比较。
wait()，notify()和notifyAll()必须配合Object Monitor一起使用，而park()，unpark()则不用。park()&unpark()是以线程为单位来阻塞和唤醒线程，而notify()只能随机唤醒一个等待线程，notifyAll()是唤醒所有等待线程，就不那么精确。park()&unpark()可以先unpark()，而wait()¬ify()不能先notify()。
7.3 park unpark 原理
-
每个线程都有自己的一个
Parker对象，由三部分组成_counter，_cond和_mutex。 -
情况一（先调用
park()，再调用unpark()）：
-
park()：- 当前线程调用
Unsafe.park()方法； - 检查
_counter，本情况为 0，这时，获得_mutex互斥锁； - 线程进入
_cond条件变量阻塞； - 设置
_counter = 0。
- 当前线程调用
-
unpark(Thread thread)：- 调用
Unsafe.unpark(Thread_0)方法，设置_counter为 1； - 唤醒
_cond条件变量中的 Thread_0； - Thread_0 恢复运行；
- 设置
_counter为 0 。
- 调用
-
情况二（先调用
unpark()，再调用park()）：
- 调用
Unsafe.unpark(Thread_0)方法，设置_counter为 1； - 当前线程调用
Unsafe.park()方法； - 检查
_counter，本情况为 1，这时线程无需阻塞，继续运行； - 设置
_counter为 0 。
八、多把锁
8.1 说明及代码示例
假设我们有两个互不相干的任务，而它们都使用同一把对象锁，那么并发度就很低。
- 代码示例：
static class SameLock {
private void task1() throws InterruptedException {
synchronized (this) {
TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
}
}
private void task2() throws InterruptedException {
synchronized (this) {
TimeUnit.SECONDS.sleep(3);
}
}
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
SameLock lock = new SameLock();
Thread t1 = new Thread(() -> {
try {
lock.task1();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}, "t1");
Thread t2 = new Thread(() -> {
try {
lock.task2();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}, "t2");
Instant start = Instant.now();
t1.start();
t2.start();
t1.join();
t2.join();
Instant end = Instant.now();
log.debug("task1 and task2 spend time:{}s", Duration.between(start, end).toSeconds());
// task1 and task2 spend time:5s
}
}
- 优化为多把锁（代码示例如下）：
static class DifferentLock {
private final Object lock1 = new Object();
private final Object lock2 = new Object();
private void task1() throws InterruptedException {
synchronized (lock1) {
TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
}
}
private void task2() throws InterruptedException {
synchronized (lock2) {
TimeUnit.SECONDS.sleep(3);
}
}
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
DifferentLock lock = new DifferentLock();
Thread t1 = new Thread(() -> {
try {
lock.task1();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}, "t1");
Thread t2 = new Thread(() -> {
try {
lock.task2();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}, "t2");
Instant start = Instant.now();
t1.start();
t2.start();
t1.join();
t2.join();
Instant end = Instant.now();
log.debug("task1 and task2 spend time:{}s", Duration.between(start, end).toSeconds());
// task1 and task2 spend time:3s
}
}
8.2 优点与缺点
- 优点：将锁的粒度细分，可以增强并发度。
- 缺点：如果一个线程需要同时获得多把锁，就容易发生死锁。
九、活跃性
9.1 死锁
有这样的情况：一个线程需要同时获取多把锁，这时就容易发生死锁。
- 假设： t1 线程已有对象锁A，而 t2 线程已有对象锁B，此时 t1 准备获取锁B，t2 准备获取锁A。
- 代码示例：
@Slf4j
public class DeadLockSample {
public static void main(String[] args) {
Object lockA = new Object();
Object lockB = new Object();
new Thread(()->{
synchronized (lockA){
try {
log.debug("t1 lock A");
TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
synchronized (lockB){
log.debug("t1 lock B");
}
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
},"t1").start();
new Thread(()->{
synchronized (lockB){
try {
log.debug("t2 lock lockB");
TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
synchronized (lockA){
log.debug("t2 lock lockA");
}
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
},"t2").start();
// t1 lock A
// t2 lock lockB
// 程序一直处于运行中状态...
}
}
- 定位死锁问题：
检测死锁可以使用
jconsole工具，或者使用jps定位进程 id，再用jstack定位死锁。
# jvm进程查看
$ jps
# 线程快照分析
$ jstack id
- 避免死锁要注意加锁顺序。
- 另外如果由于某个线程进入了死循环，导致其它线程一直等待，对于这种情况
linux下可以通过top先定位到cpu占用高的Java进程，再利用top -Hp Pid来定位是哪个线程，最后再用jstack排查。
9.2 活锁
活锁出现在两个线程互相改变对方的结束条件，最后谁也无法结束。
- 代码示例：
@Slf4j
public class LiveLockSample {
private static volatile int count = 10;
public static void main(String[] args) {
new Thread(() -> {
// 期望减到 0 退出循环
while (count > 0) {
try {
TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(1);
count--;
log.debug("count: {}", count);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}, "t1").start();
new Thread(() -> {
// 期望超过 20 退出循环
while (count < 20) {
try {
TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(1);
count++;
log.debug("count: {}", count);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}, "t2").start();
// 一直运行....
}
}
9.3 饥饿
如果线程优先级”不均“，在
cpu繁忙的情况下，优先级低的线程得到执行的机会很小，就可能发生线程“饥饿”；持有锁的线程，如果执行的时间过长，也可能导致“饥饿”问题。
- 解决方案
- 方案一：保证资源充足。
- 方案二：公平地分配资源。
- 方案三：避免持有锁的线程长时间执行。
十、ReentrantLock
10.1 概述
-
它与
synchronized一样，都支持可重入。但是相对于synchronized它还具备如下特点：- 可中断
- 可以设置超时时间
- 可以设置为公平锁
- 支持多个条件变量
-
基本语法：
// 获取锁
reentrantLock.lock();
try {
// 临界区
} finally {
// 释放锁
reentrantLock.unlock();
}
10.2 可重入
可重入是指同一个线程如果首次获得了这把锁，那么因为它是这把锁的拥有者，因此有权利再次获取这把锁如果是不可重入锁，那么第二次获得锁时，自己也会被锁挡住。
- 代码示例：
@Slf4j
public class ReentrantLockSample {
static ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
public static void method1() {
lock.lock();
try {
log.debug("execute method1");
method2();
} finally {
lock.unlock();
}
}
public static void method2() {
lock.lock();
try {
log.debug("execute method2");
method3();
} finally {
lock.unlock();
}
}
public static void method3() {
lock.lock();
try {
log.debug("execute method3");
} finally {
lock.unlock();
}
}
public static void main(String[] args) {
method1();
// execute method1
// execute method2
// execute method3
}
}
10.3 可打断
- 直接中断模式：
@Slf4j
public class ReentrantLockSample {
public static void main(String[] args) {
ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
Thread t1 = new Thread(() -> {
log.debug("start...");
try {
// 中断。
lock.lockInterruptibly();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
log.debug("is interrupted!");
return;
}
try {
log.debug("get lock");
} finally {
lock.unlock();
}
}, "t1");
lock.lock();
log.debug("get lock");
t1.start();
try {
TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
t1.interrupt();
log.debug("run interrupt");
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
} finally {
lock.unlock();
}
// [main] get lock
// [t1] start...
// [main] run interrupt
// [t1] is interrupted!
// java.lang.InterruptedException
}
}
- 不可中断模式：
@Slf4j
public class ReentrantLockSample {
public static void main(String[] args) {
ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
Thread t1 = new Thread(() -> {
try {
log.debug("start...");
lock.lock();
log.debug("get lock");
} finally {
lock.unlock();
}
}, "t1");
lock.lock();
log.debug("get lock");
t1.start();
try {
TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
t1.interrupt();
log.debug("run interrupt");
TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
} finally {
log.debug("unlock");
lock.unlock();
}
// [main] get lock
// [t1] start...
// [main] run interrupt
// [main] unlock
// [t1] get lock
}
}
10.4 锁超时
- 失败后，立刻返回：
@Slf4j
public class ReentrantLockSample {
public static void main(String[] args) {
ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
Thread t1 = new Thread(() -> {
log.debug("start...");
if (!lock.tryLock()) {
log.debug("get lock fail, return now!");
return;
}
try {
log.debug("get lock");
} finally {
lock.unlock();
}
}, "t1");
lock.lock();
log.debug("get lock");
t1.start();
try {
TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
} finally {
lock.unlock();
}
// [main] get lock
// [t1] start...
// [t1] get lock fail, return now!
}
}
- 超时失败：
@Slf4j
public class ReentrantLockSample {
public static void main(String[] args) {
ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
Thread t1 = new Thread(() -> {
log.debug("start...");
try {
if (!lock.tryLock(1, TimeUnit.SECONDS)) {
log.debug("wait 1s ,get fail return");
return;
}
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
try {
log.debug("get lock");
} finally {
lock.unlock();
}
}, "t1");
lock.lock();
log.debug("get lock");
t1.start();
try {
TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
} finally {
lock.unlock();
}
// [main] get lock
// [t1] start...
// -- 1s --
// [t1] wait 1s ,get fail return
}
}
10.5 公平锁
ReentrantLock默认是不公平的。
- 规则开启：
ReentrantLock lock = new ReentrantLock(true);
- 注意：公平锁一般没有必要，会降低并发度。
10.6 条件变量
-
synchronized中也有条件变量（当条件不满足时进入waitSet等待）。 -
ReentrantLock的条件变量比synchronized强大之处在于，它是支持多个条件变量的。 -
使用要点：
await()前需要获得锁。await()执行后，会释放锁，进入conditionObject等待。await()的线程被唤醒（或打断、或超时）取重新竞争lock锁。- 竞争
lock锁成功后，从await()后继续执行。
-
代码示例：
@Slf4j
public class ReentrantLockSample {
private static final ReentrantLock LOCK = new ReentrantLock();
private static Condition condition1 = LOCK.newCondition();
private static Condition condition2 = LOCK.newCondition();
private static volatile boolean task1Finish = false;
private static volatile boolean task2Finish = false;
private static void doTask1() {
LOCK.lock();
try {
log.debug("do task1...");
task1Finish = true;
condition1.signal();
} finally {
LOCK.unlock();
}
}
private static void doTask2() {
LOCK.lock();
try {
log.debug("do task2...");
task2Finish = true;
condition2.signal();
} finally {
LOCK.unlock();
}
}
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
new Thread(() -> {
try {
LOCK.lock();
// 任务1未完成则等待。
while (!task1Finish) {
try {
log.debug("t1 wait...");
condition1.await();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
log.debug("task1 finish!");
} finally {
LOCK.unlock();
}
}, "t1").start();
new Thread(() -> {
try {
LOCK.lock();
// 任务2未完成则等待。
while (!task2Finish) {
try {
log.debug("t2 wait...");
condition2.await();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
log.debug("task2 finish!");
} finally {
LOCK.unlock();
}
}, "t2").start();
TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
doTask1();
TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
doTask2();
// [t1] t1 wait...
// [t2] t2 wait...
// [main] do task1...
// [t1] task1 finish!
// [main] do task2...
// [t2] task2 finish!
}
}
十一、同步模式之顺序控制
11.1 固定顺序
需求：必须先 2 后 1 打印。
-
此处使用：使用
LockSupport类的park()和unpark()来进行实现。 -
park()和unpark()方法比较灵活，它俩谁先调用，谁后调用无所谓。并且是以线程为单位进行暂停和恢复，不需要同步对象和运行标记。 -
代码示例：
@Slf4j
public class SequenceControlSample {
public static void main(String[] args) {
Thread t1 = new Thread(() -> {
try {
TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
// 当没有『许可』时，当前线程暂停运行；有『许可』时，用掉这个『许可』，当前线程恢复运行
LockSupport.park();
log.debug("1");
}, "t1");
Thread t2 = new Thread(() -> {
log.debug("2");
// 给线程 t1 发放『许可』（多次连续调用 unpark 只会发放一个『许可』）
LockSupport.unpark(t1);
}, "t2");
t1.start();
t2.start();
// [t2] 2
// [t1] 1
}
}
11.2 交替输出
需求：线程 t1 输出 a 5 次，线程 t2 输出 b 5 次，线程 t3 输出 c 5 次，现在要求输出 abcabcabcabcabc 。
- 代码示例（此处使用 wait - notify 实现）：
@Slf4j
public class SyncWaitNotify {
private int flag;
private final int loopNumber;
public SyncWaitNotify(int flag, int loopNumber) {
this.flag = flag;
this.loopNumber = loopNumber;
}
public void print(int waitFlag, int nextFlag, String str) {
for (int i = 0; i < loopNumber; i++) {
synchronized (this) {
while (this.flag != waitFlag) {
try {
this.wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
System.out.print(str);
flag = nextFlag;
this.notifyAll();
}
}
}
public static void main(String[] args) {
SyncWaitNotify syncWaitNotify = new SyncWaitNotify(1, 5);
new Thread(() -> syncWaitNotify.print(1, 2, "a")).start();
new Thread(() -> syncWaitNotify.print(2, 3, "b")).start();
new Thread(() -> syncWaitNotify.print(3, 1, "c")).start();
// abcabcabcabcabc
}
}
十二、结束语
“-------怕什么真理无穷,进一寸有一寸的欢喜。”
微信公众号搜索：饺子泡牛奶。