笨蛋学JUC并发编程-共享模型之管程
JUC并发编程-共享模型之管程
JUC并发编程-共享模型之管程
- 2.共享模型之管程
-
- 2.1线程共享问题
-
- 2.1.1问题
- 2.1.2临界区
- 2.1.3竞态条件
- 2.2synchronized
-
- 2.2.1synchronized解决竞态条件
-
- 为了避免临界区的竞态条件发生，可以通过
- 阻塞式的解决方案：synchronized，Lock
- 非阻塞式的解决方案：原子变量
- 2.2.2synchronized语法
- 2.2.3使用synchronized修改后
-
- 2.2.3.1方式一-面向过程
- 2.2.3.2方式二-面向对象
- 2.2.3.3方式二的延申
- 2.2.4方法上加锁synchrnized
- 2.2.5不加synchronized方法
- 2.2.6线程八锁
-
- 2.2.6.1情况一：12或21
- 2.2.6.2情况2：休眠1s后打印12 / 2休眠1s后打印1
- 2.2.6.3情况3：3 休眠1s后打印 12 / 32 休眠1s后打印 1 / 23 休眠1s后打印 1
- 2.2.6.4情况4：2 休眠1s后打印 1
- 2.2.6.5情况5：2 1s后打印 1
- 2.2.6.6情况6：1s后打印 1 2 / 2 1s后打印 1
- 2.2.6.7情况7：2 1s后打印 1
- 2.2.6.8情况8：1s后打印 1 2 / 2 1s后打印 1
- 2.3线程安全分析
-
- 2.3.1变量的线程安全分析
-
- 2.3.1.1成员变量和静态变量是否线程安全
- 2.3.1.2局部变量是否线程安全
- 2.3.1.3局部变量引用
- 2.3.1.4局部变量暴露引用
- 2.3.2线程安全类
-
- 2.3.2.1线程安全类
- 2.3.2.2不可变类线程安全性
- 2.3.3模拟转账
- 2.4Monitor
-
- 2.4.1Java对象头
- 2.4.2Monitor（锁）
- 2.4.3小故事
- 2.4.4synchronized进阶
-
- 2.4.4.1轻量级锁
- 分析
-
- 2.4.4.2锁膨胀
- 分析
-
- 2.4.4.3自旋优化（多核CPU）
- 2.4.4.4偏向锁
- 图解
- 偏向状态
- 撤销-调用对象hashCode
- 撤销-其他线程使用对象
- 撤销-调用wait / notify
- 批量重偏向
- 批量撤销
- 锁消除
- 锁粗化
- 2.5wait / notify介绍
- 2.6wait/notify的正确使用
-
- 2.6.1sleep(long n) 和 wait(long n) 的区别
-
- 案例1
- 案例2：将sleep换成wait
- 案例3：有其他的线程也在睡眠，是否会唤醒错误其他的线程
- 案例4：将notify改为notifyAll
- 案例5：（使用if + wait，仅有一次判断机会）/ 使用while替换if解决问题
- 2.6.2join的原理
- 2.6.3Park / Unpark
-
- 先park后unpark
- 先unpark后park
- 与 Object 的 wait & notify 相比
- park和unpark的原理
- 理解
- 2.7线程状态转换
- 2.8活跃性
-
- 2.8.1多把不相干的锁
-
- 将锁的粒度细分
- 2.8.2死锁
-
- 定位死锁
- 2.8.3活锁
- 2.8.4饥饿
- 2.9ReentranLock
-
- 2.9.1基本语法
- 2.9.2可重入
- 2.9.3可打断**lockInterruptibly**
- 2.9.4不可打断**lock**
- 2.9.5tryLock
- 2.9.6哲学家就餐
- 2.9.7公平锁
- 2.9.8条件变量
-
- 基本方法
- 2.9.9案例
- 2.9.10固定顺序打印-wait / notify版
- 2.9.11固定顺序打印-lock / unlock版
- 2.9.12固定顺序打印-park / unpark版
- 2.9.13交替输出-wait / notify
- 2.9.14交替输出-await / signal
- 2.9.14交替输出-park / unpark
- 2.9.15互斥 / 同步
2.共享模型之管程
2.1线程共享问题
2.1.1问题
两个线程对初始值为 0 的静态变量一个做自增，一个做自减，各做 5000 次的结果不一定是 0，因为 Java 中对静态变量的自增，自减并不是原子操作，要彻底理解，必须从字节码来进行分析
static int counter = 0;
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
Thread t1 = new Thread(() -> {
for (int i = 0; i < 5000; i++) {
counter++;
}
}, "t1");
Thread t2 = new Thread(() -> {
for (int i = 0; i < 5000; i++) {
counter--;
}
}, "t2");
t1.start();
t2.start();
t1.join();
t2.join();
log.debug("{}",counter);
}
2.1.2临界区
- 一个程序运行多个线程本身是没有问题的
- 问题出在多个线程访问共享资源
- 多个线程读共享资源其实也没有问题
- 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
- 一段代码块内如果存在对共享资源的多线程读写操作，称这段代码块为临界区
2.1.3竞态条件
- 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
2.2synchronized
2.2.1synchronized解决竞态条件
-
为了避免临界区的竞态条件发生，可以通过
-
阻塞式的解决方案：synchronized，Lock
-
非阻塞式的解决方案：原子变量
-
synchronized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。
- synchronized同一时间只能有一个线程执行完，才能执行下一线程
java 中互斥和同步都可以采用 synchronized 关键字来完成，其区别是：
- 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
2.2.2synchronized语法
synchronized(对象) // 线程1， 线程2(blocked)
{
临界区
}
2.2.3使用synchronized修改后
2.2.3.1方式一-面向过程
static int counter = 0;
static Object lock = new Object();
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
Thread t1 = new Thread(() -> {
for (int i = 0; i < 5000; i++) {
synchronized (lock){
counter++;
}
}
}, "t1");
Thread t2 = new Thread(() -> {
for (int i = 0; i < 5000; i++) {
synchronized (lock) {
counter--;
}
}
}, "t2");
t1.start();
t2.start();
t1.join();
t2.join();
log.debug("{}",counter);
}
-
如果把 synchronized(obj) 放在 for 循环的外面，如何理解？-- 原子性
相当于将整个for循环包住，也就是相当于有循环临界值个原子，不会有其他影响
-
如果 t1 synchronized(obj1) 而 t2 synchronized(obj2) 会怎样运作？-- 锁对象
相当于锁住的是两个对象，依然会存在线程共享问题
-
如果 t1 synchronized(obj) 而 t2 没有加会怎么样？如何理解？-- 锁对象
相当于只有t1在锁住对象，而另外的t2不会去加锁，依然存在线程共享问题
2.2.3.2方式二-面向对象
@Slf4j(topic = "c.SynchroizedsTest")
public class SynchroizedsTest {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
Room room = new Room();
Thread t1 = new Thread(() -> {
for (int i = 0; i < 5000; i++) {
room.increment();
}
}, "t1");
Thread t2 = new Thread(() -> {
for (int i = 0; i < 5000; i++) {
room.decrement();
}
}, "t2");
t1.start();
t2.start();
t1.join();
t2.join();
log.debug("{}",room.getCounter());
}
}
class Room{
private int counter = 0;
//count值的变化要加锁，这样就保证了多个
//线程访问到的是一个值，而不是多个值
public void increment(){
synchronized(this){
counter++;
}
}
public void decrement(){
synchronized(this){
counter--;
}
}
//获取值的时候依然要加锁
public int getCounter(){
synchronized (this){
return counter;
}
}
}
2.2.3.3方式二的延申
@Slf4j(topic = "c.SynchroizedsTest")
public class SynchroizedsTest {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
Room room = new Room();
Thread t1 = new Thread(() -> {
for (int i = 0; i < 5000; i++) {
room.increment();
}
}, "t1");
Thread t2 = new Thread(() -> {
for (int i = 0; i < 5000; i++) {
room.decrement();
}
}, "t2");
t1.start();
t2.start();
t1.join();
t2.join();
log.debug("{}",room.getCounter());
}
}
class Room{
private int counter = 0;
//count值的变化要加锁，这样就保证了多个
//线程访问到的是一个值，而不是多个值
public synchronized void increment(){
counter++;
}
public synchronized void decrement(){
counter--;
}
//获取值的时候依然要加锁
public synchronized int getCounter(){
return counter;
}
}
2.2.4方法上加锁synchrnized
- 锁住的不是方法，依然只是锁住的对象(this)
成员方法上
class Test{
public synchronized void test() {
}
}
等价于
class Test{
public void test() {
synchronized(this) {
}
}
}
静态方法上
class Test{
public synchronized static void test() {
}
}
等价于
class Test{
public static void test() {
synchronized(Test.class) {
}
}
}
2.2.5不加synchronized方法
- 是没有办法保障原子性的
2.2.6线程八锁
2.2.6.1情况一：12或21
@Slf4j(topic = "c.Number")
class Number{
public synchronized void a() {
log.debug("1");
}
public synchronized void b() {
log.debug("2");
}
}
public static void main(String[] args) {
Number n1 = new Number();
new Thread(()->{ n1.a(); }).start();
new Thread(()->{ n1.b(); }).start();
}
2.2.6.2情况2：休眠1s后打印12 / 2休眠1s后打印1
@Slf4j(topic = "c.Number")
class Number{
public synchronized void a() {
sleep(1);
log.debug("1");
}
public synchronized void b() {
log.debug("2");
}
}
public static void main(String[] args) {
Number n1 = new Number();
new Thread(()->{ n1.a(); }).start();
new Thread(()->{ n1.b(); }).start();
}
2.2.6.3情况3：3 休眠1s后打印 12 / 32 休眠1s后打印 1 / 23 休眠1s后打印 1
- 方法c没有加锁，这就意味着他可以和其他两种一起并行执行
@Slf4j(topic = "c.Number")
class Number{
public synchronized void a() {
sleep(1);
log.debug("1");
}
public synchronized void b() {
log.debug("2");
}
public void c() {
log.debug("3");
}
}
public static void main(String[] args) {
Number n1 = new Number();
new Thread(()->{ n1.a(); }).start();
new Thread(()->{ n1.b(); }).start();
new Thread(()->{ n1.c(); }).start();
}
2.2.6.4情况4：2 休眠1s后打印 1
- 因为两个线程都是并行执行的，但是方法a会有休眠1s，所以每次都是先打印2，再打印1
@Slf4j(topic = "c.Number")
class Number{
public synchronized void a() {
sleep(1);
log.debug("1");
}
public synchronized void b() {
log.debug("2");
}
}
public static void main(String[] args) {
Number n1 = new Number();
Number n2 = new Number();
new Thread(()->{ n1.a(); }).start();
new Thread(()->{ n2.b(); }).start();
}
2.2.6.5情况5：2 1s后打印 1
- 一个锁住的是类对象，一个锁住的是this对象
- 然后两种都是并行执行，所以就是先打印2再打印1
@Slf4j(topic = "c.Number")
class Number{
public static synchronized void a() {
sleep(1);
log.debug("1");
}
public synchronized void b() {
log.debug("2");
}
}
public static void main(String[] args) {
Number n1 = new Number();
new Thread(()->{ n1.a(); }).start();
new Thread(()->{ n1.b(); }).start();
}
2.2.6.6情况6：1s后打印 1 2 / 2 1s后打印 1
- 有且只有一个类对象
@Slf4j(topic = "c.Number")
class Number{
public static synchronized void a() {
sleep(1);
log.debug("1");
}
public static synchronized void b() {
log.debug("2");
}
}
public static void main(String[] args) {
Number n1 = new Number();
new Thread(()->{ n1.a(); }).start();
new Thread(()->{ n1.b(); }).start();
}
2.2.6.7情况7：2 1s后打印 1
@Slf4j(topic = "c.Number")
class Number{
public static synchronized void a() {
sleep(1);
log.debug("1");
}
public synchronized void b() {
log.debug("2");
}
}
public static void main(String[] args) {
Number n1 = new Number();
Number n2 = new Number();
new Thread(()->{ n1.a(); }).start();
new Thread(()->{ n2.b(); }).start();
}
2.2.6.8情况8：1s后打印 1 2 / 2 1s后打印 1
- 有且只有一个类对象
@Slf4j(topic = "c.Number")
class Number{
public static synchronized void a() {
sleep(1);
log.debug("1");
}
public static synchronized void b() {
log.debug("2");
}
}
public static void main(String[] args) {
Number n1 = new Number();
Number n2 = new Number();
new Thread(()->{ n1.a(); }).start();
new Thread(()->{ n2.b(); }).start();
}
2.3线程安全分析
2.3.1变量的线程安全分析
2.3.1.1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
2.3.1.2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
2.3.1.3局部变量引用
class ThreadUnsafe {
ArrayList<String> list = new ArrayList<>();
public void method1(int loopNumber) {
for (int i = 0; i < loopNumber; i++) {
// { 临界区, 会产生竞态条件
method2();
method3();
// } 临界区
}
}
private void method2() {
list.add("1");
}
private void method3() {
list.remove(0);
}
}
-----------------------------------------------
static final int THREAD_NUMBER = 2;
static final int LOOP_NUMBER = 200;
public static void main(String[] args) {
ThreadUnsafe test = new ThreadUnsafe();
for (int i = 0; i < THREAD_NUMBER; i++) {
new Thread(() -> {
test.method1(LOOP_NUMBER);
}, "Thread" + i).start();
}
}
- 会造成线程安全问题，因为此时的list变量是相当于是this对象，所以是共用同一个对象
class ThreadSafe {
public final void method1(int loopNumber) {
ArrayList<String> list = new ArrayList<>();
for (int i = 0; i < loopNumber; i++) {
method2(list);
method3(list);
}
}
private void method2(ArrayList<String> list) {
list.add("1");
}
private void method3(ArrayList<String> list) {
list.remove(0);
}
}
- 将this对象放在方法内，此时的list变量在每个线程调用该方法时，都会创建一个新的对象
2.3.1.4局部变量暴露引用
class ThreadSafe {
public final void method1(int loopNumber) {
ArrayList<String> list = new ArrayList<>();
for (int i = 0; i < loopNumber; i++) {
method2(list);
method3(list);
}
}
public void method2(ArrayList<String> list) {
list.add("1");
}
public void method3(ArrayList<String> list) {
list.remove(0);
}
}
class ThreadSafeSubClass extends ThreadSafe{
@Override
public void method3(ArrayList<String> list) {
new Thread(() -> {
list.remove(0);
}).start();
}
}
- 有其它线程调用 method2 和 method3 时，不会出现线程安全问题，因为调用方法时的list对象会在栈帧中创建一个新的list对象，不是公共的，所以不会出现线程安全问题
- 当ThreadSafeSubClass继承了ThreadSafe，所以在这时，每当调用method3方法时，会造成子类对父类的公共方法的引用，所以会造成线程安全问题
class ThreadSafe {
public final void method1(int loopNumber) {
ArrayList<String> list = new ArrayList<>();
for (int i = 0; i < loopNumber; i++) {
method2(list);
method3(list);
}
}
private void method2(ArrayList<String> list) {
list.add("1");
}
private void method3(ArrayList<String> list) {
list.remove(0);
}
}
class ThreadSafeSubClass extends ThreadSafe{
@Override
public void method3(ArrayList<String> list) {
new Thread(() -> {
list.remove(0);
}).start();
}
}
- 此时，我们将方法修改为私有的，在这时我们子类就调用不到父类的方法，同样也就不能造成线程安全问题了
- 同时还可以给method1方法加一个final，这样可以起到防止子类对父类造成线程安全问题
2.3.2线程安全类
2.3.2.1线程安全类
-
String
-
Integer
-
StringBuffffer
-
Random
-
Vector
-
Hashtable
-
java.util.concurrent 包下的类
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。
也可以理解为
-
它们的每个方法是原子的
-
但注意它们多个方法的组合不是原子的
Hashtable table = new Hashtable();
new Thread(()->{
table.put("key", "value1");
}).start();
new Thread(()->{
table.put("key", "value2");
}).start();
2.3.2.2不可变类线程安全性
- String、Integer 等都是不可变类，因为其内部的状态不可以改变，因此它们的方法都是线程安全的
- private关键字是用来限制对成员变量和成员方法的访问权限的。如果多个线程同时访问一个对象的私有变量时，就会出现线程安全问题
- 没有成员变量的类，一般都是线程安全的，因为没有可更改的属性
- 若有成员变量的类，且成员变量不能被其他线程所修改，也是线程安全的
- 为什么要加final关键字，好让其子类不能覆盖掉父类的某些方法
2.3.3模拟转账
public class ExerciseTransfer {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
Account a = new Account(1000);
Account b = new Account(1000);
Thread t1 = new Thread(() -> {
for (int i = 0; i < 1000; i++) {
a.transfer(b, randomAmount());
}
}, "t1");
Thread t2 = new Thread(() -> {
for (int i = 0; i < 1000; i++) {
b.transfer(a, randomAmount());
}
}, "t2");
t1.start();
t2.start();
t1.join();
t2.join();
// 查看转账2000次后的总金额
log.debug("total:{}",(a.getMoney() + b.getMoney()));
}
// Random 为线程安全
static Random random = new Random();
// 随机 1~100
public static int randomAmount() {
return random.nextInt(100) +1;
}
}
class Account {
private int money;
public Account(int money) {
this.money = money;
}
public int getMoney() {
return money;
}
public void setMoney(int money) {
this.money = money;
}
public void transfer(Account target, int amount) {
if (this.money > amount) {
this.setMoney(this.getMoney() - amount);
target.setMoney(target.getMoney() + amount);
}
}
}
- 锁住Account对象，但是这样的代码性能不高，因为若是有很多个账号要转账，但是只能有两个账号会互相运行
public void transfer(Account target, int amount) {
synchronized(Account.class){
if (this.money > amount) {
this.setMoney(this.getMoney() - amount);
target.setMoney(target.getMoney() + amount);
}
}
}
2.4Monitor
2.4.1Java对象头
- 普通对象
Mark Word 主要用来存储对象自身的运行时数据
Klass Word 指向Class对象
- 数组对象
相对于普通对象多了记录数组长度
- Mark Word 结构
其中 Mark Word 结构为，不同对象状态下结构和含义也不同
- 64 位虚拟机 Mark Word
2.4.2Monitor（锁）
-
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
-
Owner：所属者
-
EntryList：等待队列，存放正在阻塞的线程
-
WaitSet：
-
刚开始 Monitor 中 Owner 为 null
-
当 Thread-2 执行 synchronized(obj) 就会将 Monitor 的所有者 Owner 置为 Thread-2，Monitor中只能有一个 Owner
-
在 Thread-2 上锁的过程中，如果 Thread-3，Thread-4，Thread-5 也来执行 synchronized(obj)，就会进入EntryList BLOCKED
-
Thread-2 执行完同步代码块的内容，然后唤醒 EntryList 中等待的线程来竞争锁，竞争的时是非公平的
-
图中 WaitSet 中的 Thread-0，Thread-1 是之前获得过锁，但条件不满足进入 WAITING 状态的线程，后面讲wait-notify 时会分析
-
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
2.4.3小故事
故事角色
- 老王 - JVM
- 小南 - 线程
- 小女 - 线程
- 房间 - 对象
- 房间门上 - 防盗锁 - Monitor
- 房间门上 - 小南书包 - 轻量级锁
- 房间门上 - 刻上小南大名 - 偏向锁
- 批量重刻名 - 一个类的偏向锁撤销到达 20 阈值
- 不能刻名字 - 批量撤销该类对象的偏向锁，设置该类不可偏向
小南要使用房间保证计算不被其它人干扰（原子性），最初，他用的是防盗锁，当上下文切换时，锁住门。这样即使他离开了，别人也进不了门，他的工作就是安全的。
但是，很多情况下没人跟他来竞争房间的使用权。小女是要用房间，但使用的时间上是错开的，小南白天用，小女晚上用。每次上锁太麻烦了，有没有更简单的办法呢？
小南和小女商量了一下，约定不锁门了，而是谁用房间，谁把自己的书包挂在门口，但他们的书包样式都一样，因此每次进门前得翻翻书包，看课本是谁的，如果是自己的，那么就可以进门，这样省的上锁解锁了。万一书包不是自己的，那么就在门外等，并通知对方下次用锁门的方式。
后来，小女回老家了，很长一段时间都不会用这个房间。小南每次还是挂书包，翻书包，虽然比锁门省事了，但仍然觉得麻烦。
于是，小南干脆在门上刻上了自己的名字：【小南专属房间，其它人勿用】，下次来用房间时，只要名字还在，那么说明没人打扰，还是可以安全地使用房间。如果这期间有其它人要用这个房间，那么由使用者将小南刻的名字擦掉，升级为挂书包的方式。
同学们都放假回老家了，小南就膨胀了，在 20 个房间刻上了自己的名字，想进哪个进哪个。后来他自己放假回老家了，这时小女回来了（她也要用这些房间），结果就是得一个个地擦掉小南刻的名字，升级为挂书包的方式。老王觉得这成本有点高，提出了一种批量重刻名的方法，他让小女不用挂书包了，可以直接在门上刻上自己的名字
后来，刻名的现象越来越频繁，老王受不了了：算了，这些房间都不能刻名了，只能挂书包
2.4.4synchronized进阶
2.4.4.1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
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
}
}
-
分析
-
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(Object)的Mark Word(Hashcode Age Bias 01)
-
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
-
如果 cas 替换成功(Hashcode最后的两位数字是 01，则可以加锁成功)，对象头中存储了 锁记录地址和状态 00 (表示加的是轻量级锁)，表示由该线程给对象加锁
-
如果 cas 失败，有两种情况
- 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
- 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
-
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
2.4.4.2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。
static Object obj = new Object(); public static void method1() { synchronized( obj ) { // 同步块 } } -
分析
-
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(Markword中的Hashcode最后两位数字是 10)**地址
- 然后自己进入 Monitor 的 EntryList BLOCKED
-
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
2.4.4.3自旋优化（多核CPU）
重量级锁竞争的时候，还可以使用自旋(循环尝试获取重量级锁)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。 (进入阻塞再恢复,会发生上下文切换,比较耗费性能)
- 自旋重试成功的情况
-
自旋重试失败的情况
-
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
2.4.4.4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
这里的线程id是操作系统赋予的id 和 Thread的id是不同的
-
-
图解
static final Object obj = new Object(); public static void m1() { synchronized( obj ) { // 同步块 A m2(); } } public static void m2() { synchronized( obj ) { // 同步块 B m3(); } } public static void m3() { synchronized( obj ) { // 同步块 C } }
-
偏向状态
-
一个对象创建时：
-
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
-
利用 jol 第三方工具来查看对象头信息
public static void main(String[] args) throws IOException { Dog d = new Dog(); ClassLayout classLayout = ClassLayout.parseInstance(d); new Thread(() -> { log.debug("synchronized 前"); System.out.println(classLayout.toPrintableSimple(true)); synchronized (d) { log.debug("synchronized 中"); System.out.println(classLayout.toPrintableSimple(true)); } log.debug("synchronized 后"); System.out.println(classLayout.toPrintableSimple(true)); }, "t1").start(); } ----------------------------------------------------------------- 11:08:58.117 c.TestBiased [t1] - synchronized 前 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000101 11:08:58.121 c.TestBiased [t1] - synchronized 中 00000000 00000000 00000000 00000000 00011111 11101011 11010000 00000101 11:08:58.121 c.TestBiased [t1] - synchronized 后 00000000 00000000 00000000 00000000 00011111 11101011 11010000 00000101 -
测试代码运行时在添加 VM 参数 -XX:-UseBiasedLocking 禁用偏向锁
11:13:10.018 c.TestBiased [t1] - synchronized 前 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000001 11:13:10.021 c.TestBiased [t1] - synchronized 中 00000000 00000000 00000000 00000000 00100000 00010100 11110011 10001000 11:13:10.021 c.TestBiased [t1] - synchronized 后 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000001
-
-
撤销-调用对象hashCode
-
调用了对象的 hashCode，但偏向锁的对象 MarkWord 中存储的是线程 id，如果调用 hashCode 会导致偏向锁被撤销
- 轻量级锁会在锁记录中记录 hashCode
- 重量级锁会在 Monitor 中记录 hashCode
-
记得去掉 -XX:-UseBiasedLocking
-
在调用 hashCode 后使用偏向锁，
-
-
撤销-其他线程使用对象
- 当有其它线程使用偏向锁对象时，会将偏向锁升级为轻量级锁
-
撤销-调用wait / notify
- 重量级锁才支持 wait/notify
-
批量重偏向
- 当一个对象虽然被多个线程访问，但没有竞争，这时偏向了线程 T1 的对象仍有机会重新偏向 T2，重偏向会重置对象的 Thread ID
- 当(某类型对象)撤销偏向锁阈值超过 20 次后，jvm 会这样觉得，我是不是偏向错了呢，于是会在给(所有这种类型的状态为偏向锁的)对象加锁时重新偏向至新的加锁线程
-
批量撤销
- 当撤销偏向锁阈值超过 40 次后，jvm 会这样觉得，自己确实偏向错了，根本就不该偏向。于是整个类的所有对象都会变为不可偏向(加锁时会多一个cas额外操作)的，新建的该类型对象也是不可偏向的
-
锁消除
-
JIT即时编译器会对字节码做进一步优化
@Fork(1) @BenchmarkMode(Mode.AverageTime) @Warmup(iterations=3) @Measurement(iterations=5) @OutputTimeUnit(TimeUnit.NANOSECONDS) public class MyBenchmark { static int x = 0; @Benchmark public void a() throws Exception { x++; } @Benchmark public void b() throws Exception { //这里的o是局部变量,不会被共享,JIT做热点代码优化时会做锁消除 Object o = new Object(); synchronized (o) { x++; } } }-
java -jar benchmarks.jar
发现两部分的差别并不大,甚至b加了锁比a没加锁还快 -
java -XX:-EliminateLocks -jar benchmarks.jar使用 -XX:-EliminateLocks禁用锁消除后就会发现 b性能比a差劲多了
-
-
-
锁粗化
- 对相同对象多次加锁，导致线程发生多次重入，可以使用锁粗化方式来优化，这不同于之前讲的细分锁的粒度
2.5wait / notify介绍
- Owner 占用后，发现线程条件不满足，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，但唤醒后并不意味者立刻获得锁，仍需进入EntryList 重新竞争
-
obj.wait() 让进入 object 监视器的线程到 waitSet 等待
-
obj.notify() 在 object 上正在 waitSet 等待的线程中随机挑一个唤醒
-
obj.notifyAll() 让 object 上正在 waitSet 等待的线程全部唤醒
它们都是线程之间进行协作的手段，都属于 Object 对象的方法。必须获得此对象的锁(成为owner)，才能调用这几个方法
-
wait(0) 方法会释放对象的锁，进入 WaitSet 等待区，从而让其他线程就机会获取对象的锁。无限制等待，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
2.6wait/notify的正确使用
2.6.1sleep(long n) 和 wait(long n) 的区别
- sleep 是 Thread 的方法，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，但 wait 在等待的时候会释放对象锁
- 它们状态都是 TIMED_WAITING
- final 保证锁对象的引用不能再更换
案例1
new Thread(() -> {
synchronized (room) {
log.debug("有烟没？[{}]", hasCigarette);
if (!hasCigarette) {
log.debug("没烟，先歇会！");
sleep(2);
}
log.debug("有烟没？[{}]", hasCigarette);
if (hasCigarette) {
log.debug("可以开始干活了");
}
}
}, "小南").start();
for (int i = 0; i < 5; i++) {
new Thread(() -> {
synchronized (room) {
log.debug("可以开始干活了");
}
}, "其它人").start();
}
sleep(1);
new Thread(() -> {
// 这里能不能加 synchronized (room)？ 不能
hasCigarette = true;
log.debug("烟到了噢！");
}, "送烟的").start();
---------------------------------------------------
20:49:49.883 [小南] c.TestCorrectPosture - 有烟没？[false]
20:49:49.887 [小南] c.TestCorrectPosture - 没烟，先歇会！
20:49:50.882 [送烟的] c.TestCorrectPosture - 烟到了噢！
20:49:51.887 [小南] c.TestCorrectPosture - 有烟没？[true]
20:49:51.887 [小南] c.TestCorrectPosture - 可以开始干活了
20:49:51.887 [其它人] c.TestCorrectPosture - 可以开始干活了
20:49:51.887 [其它人] c.TestCorrectPosture - 可以开始干活了
20:49:51.888 [其它人] c.TestCorrectPosture - 可以开始干活了
20:49:51.888 [其它人] c.TestCorrectPosture - 可以开始干活了
20:49:51.888 [其它人] c.TestCorrectPosture - 可以开始干活了
- 其它干活的线程，都要一直阻塞，效率太低
- 小南线程必须睡足 2s 后才能醒来，就算烟提前送到，也无法立刻醒来
- 加了 synchronized (room) 后，就好比小南在里面反锁了门睡觉，烟根本没法送进门，main 没加 synchronized 就好像 main 线程是翻窗户进来的
- sleep妨碍其它人干活，解决方法：使用 wait - notify
案例2：将sleep换成wait
new Thread(() -> {
synchronized (room) {
log.debug("有烟没？[{}]", hasCigarette);
if (!hasCigarette) {
log.debug("没烟，先歇会！");
try {
room.wait(2000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
log.debug("有烟没？[{}]", hasCigarette);
if (hasCigarette) {
log.debug("可以开始干活了");
}
}
}, "小南").start();
for (int i = 0; i < 5; i++) {
new Thread(() -> {
synchronized (room) {
log.debug("可以开始干活了");
}
}, "其它人").start();
}
sleep(1);
new Thread(() -> {
synchronized (room) {
hasCigarette = true;
log.debug("烟到了噢！");
room.notify();
}
}, "送烟的").start();
-----------------------------------------------
20:51:42.489 [小南] c.TestCorrectPosture - 有烟没？[false]
20:51:42.493 [小南] c.TestCorrectPosture - 没烟，先歇会！
20:51:42.493 [其它人] c.TestCorrectPosture - 可以开始干活了
20:51:42.493 [其它人] c.TestCorrectPosture - 可以开始干活了
20:51:42.494 [其它人] c.TestCorrectPosture - 可以开始干活了
20:51:42.494 [其它人] c.TestCorrectPosture - 可以开始干活了
20:51:42.494 [其它人] c.TestCorrectPosture - 可以开始干活了
20:51:43.490 [送烟的] c.TestCorrectPosture - 烟到了噢！
20:51:43.490 [小南] c.TestCorrectPosture - 有烟没？[true]
20:51:43.490 [小南] c.TestCorrectPosture - 可以开始干活了
案例3：有其他的线程也在睡眠，是否会唤醒错误其他的线程
new Thread(() -> {
synchronized (room) {
log.debug("有烟没？[{}]", hasCigarette);
if (!hasCigarette) {
log.debug("没烟，先歇会！");
try {
room.wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
log.debug("有烟没？[{}]", hasCigarette);
if (hasCigarette) {
log.debug("可以开始干活了");
} else {
log.debug("没干成活...");
}
}
}, "小南").start();
new Thread(() -> {
synchronized (room) {
Thread thread = Thread.currentThread();
log.debug("外卖送到没？[{}]", hasTakeout);
if (!hasTakeout) {
log.debug("没外卖，先歇会！");
try {
room.wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
log.debug("外卖送到没？[{}]", hasTakeout);
if (hasTakeout) {
log.debug("可以开始干活了");
} else {
log.debug("没干成活...");
}
}
}, "小女").start();
sleep(1);
new Thread(() -> {
synchronized (room) {
hasTakeout = true;
log.debug("外卖到了噢！");
room.notify();
}
}, "送外卖的").start();
-----------------------------------------------------
20:53:12.173 [小南] c.TestCorrectPosture - 有烟没？[false]
20:53:12.176 [小南] c.TestCorrectPosture - 没烟，先歇会！
20:53:12.176 [小女] c.TestCorrectPosture - 外卖送到没？[false]
20:53:12.176 [小女] c.TestCorrectPosture - 没外卖，先歇会！
20:53:13.174 [送外卖的] c.TestCorrectPosture - 外卖到了噢！
20:53:13.174 [小南] c.TestCorrectPosture - 有烟没？[false]
20:53:13.174 [小南] c.TestCorrectPosture - 没干成活...
- 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，称之为【虚假唤醒】
- 发生虚假唤醒: 解决方法，改为 notifyAll
案例4：将notify改为notifyAll
new Thread(() -> {
synchronized (room) {
hasTakeout = true;
log.debug("外卖到了噢！");
room.notifyAll();
}
}, "送外卖的").start();
-------------------------------------------
20:55:23.978 [小南] c.TestCorrectPosture - 有烟没？[false]
20:55:23.982 [小南] c.TestCorrectPosture - 没烟，先歇会！
20:55:23.982 [小女] c.TestCorrectPosture - 外卖送到没？[false]
20:55:23.982 [小女] c.TestCorrectPosture - 没外卖，先歇会！
20:55:24.979 [送外卖的] c.TestCorrectPosture - 外卖到了噢！
20:55:24.979 [小女] c.TestCorrectPosture - 外卖送到没？[true]
20:55:24.980 [小女] c.TestCorrectPosture - 可以开始干活了
20:55:24.980 [小南] c.TestCorrectPosture - 有烟没？[false]
20:55:24.980 [小南] c.TestCorrectPosture - 没干成活...
-
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
-
notifyAll唤醒了所有，但使用if+wait仅有一次机会，解决方法，一旦条件不成立，就没有重新判断的机会了.
解决办法: 用 while + wait，当条件不成立，再次 wait
案例5：（使用if + wait，仅有一次判断机会）/ 使用while替换if解决问题
if (!hasCigarette) {
log.debug("没烟，先歇会！");
try {
room.wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
------------------修改后---------------------------
while (!hasCigarette) {
log.debug("没烟，先歇会！");
try {
room.wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
------------------------------------------------------
20:58:34.322 [小南] c.TestCorrectPosture - 有烟没？[false]
20:58:34.326 [小南] c.TestCorrectPosture - 没烟，先歇会！
20:58:34.326 [小女] c.TestCorrectPosture - 外卖送到没？[false]
20:58:34.326 [小女] c.TestCorrectPosture - 没外卖，先歇会！
20:58:35.323 [送外卖的] c.TestCorrectPosture - 外卖到了噢！
20:58:35.324 [小女] c.TestCorrectPosture - 外卖送到没？[true]
20:58:35.324 [小女] c.TestCorrectPosture - 可以开始干活了
20:58:35.324 [小南] c.TestCorrectPosture - 没烟，先歇会！
- wait的正确使用姿势+notifyAll
synchronized(lock) {
while(条件不成立) {
lock.wait();
}
// 干活
}
//另一个线程
synchronized(lock) {
lock.notifyAll();
}
2.6.2join的原理
- 保护性暂停是一个线程等待的是另一个线程的结果
- join方法等待的是一个线程等待的是另一个线程的结束
public final synchronized void join(long millis)
throws InterruptedException {
long base = System.currentTimeMillis();
long now = 0;
if (millis < 0) {
throw new IllegalArgumentException("timeout value is negative");
}
if (millis == 0) {
while (isAlive()) {
wait(0);
}
} else {
while (isAlive()) {
long delay = millis - now;
if (delay <= 0) {
break;
}
wait(delay);
now = System.currentTimeMillis() - base;
}
}
}
2.6.3Park / Unpark
- 暂停当前线程：LockSupport.park()
- 恢复某个线程的运行：LockSupport.unpark(暂停线程对象)
先park后unpark
Thread t1 = new Thread(() -> {
log.debug("start...");
sleep(1);
log.debug("park...");
LockSupport.park();
log.debug("resume...");
},"t1");
t1.start();
sleep(2);
log.debug("unpark...");
LockSupport.unpark(t1);
先unpark后park
Thread t1 = new Thread(() -> {
log.debug("start...");
sleep(2);
log.debug("park...");
LockSupport.park();
log.debug("resume...");
}, "t1");
t1.start();
sleep(1);
log.debug("unpark...");
LockSupport.unpark(t1);
-
与 Object 的 wait & notify 相比
- wait，notify 和 notifyAll 必须配合 Object Monitor 一起使用，而 park，unpark 不必
- 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 & notify 不能先 notify
park和unpark的原理
线程就像一个旅人，Parker 就像他随身携带的背包，条件变量就好比背包中的帐篷。_counter 就好比背包中的备用干粮（0 为耗尽，1 为充足）
- 调用 park 就是要看需不需要停下来歇息
- 如果备用干粮耗尽，那么钻进帐篷歇息
- 如果备用干粮充足，那么不需停留，继续前进
- 调用 unpark，就好比令干粮充足
- 如果这时线程还在帐篷，就唤醒让他继续前进
- 如果这时线程还在运行，那么下次他调用 park 时，仅是消耗掉备用干粮，不需停留,继续前进
- 因为背包空间有限，多次调用 unpark 仅会补充一份备用干粮,也就是多次unpark后只会让紧跟着的一次park失效
理解
- park就相当于消耗你的干粮，让你没有物资只好停止下来休息
- unpark就相当于给你补充消耗的干粮，让你继续前进，但是最多只给你一份干粮
2.7线程状态转换
情况1 NEW --> RUNNABLE
- 当调用 t.start() 方法时，由 NEW --> RUNNABLE
情况2 RUNNABLE <–> WAITING
t 线程用 synchronized(obj) 获取了对象锁后
-
调用 obj.wait() 方法时，t 线程从 RUNNABLE --> WAITING
-
调用 obj.notify() ， obj.notifyAll() ， t.interrupt() 时
- 竞争锁成功，t 线程从WAITING --> RUNNABLE
- 竞争锁失败，t 线程从WAITING --> BLOCKED
情况3 RUNNABLE <–> WAITING
-
当前线程调用 t.join() 方法时，当前线程从 RUNNABLE --> WAITING
- 注意是当前线程在t 线程对象的监视器上等待
-
t 线程运行结束，或调用了当前线程的 interrupt() 时，当前线程从 WAITING --> RUNNABLE
情况4 RUNNABLE <–> WAITING
-
当前线程调用 LockSupport.park() 方法会让当前线程从 RUNNABLE --> WAITING
-
调用 LockSupport.unpark(目标线程) 或调用了线程 的 interrupt() ，会让目标线程从 WAITING -->RUNNABLE
情况5 RUNNABLE <–> TIMED_WAITING
t 线程用 synchronized(obj) 获取了对象锁后
-
调用 obj.wait(long n) 方法时，t 线程从 RUNNABLE --> TIMED_WAITING
-
t 线程等待时间超过了 n 毫秒，或调用 obj.notify() ， obj.notifyAll() ， t.interrupt() 时
-
竞争锁成功，t 线程从TIMED_WAITING --> RUNNABLE
-
竞争锁失败，t 线程从TIMED_WAITING --> BLOCKED
-
情况6 RUNNABLE <–> TIMED_WAITING
-
当前线程调用 t.join(long n) 方法时，当前线程从 RUNNABLE --> TIMED_WAITING
- 注意是当前线程在t 线程对象的监视器上等待
-
当前线程等待时间超过了 n 毫秒，或t 线程运行结束，或调用了当前线程的 interrupt() 时，当前线程从 TIMED_WAITING --> RUNNABLE
情况7 RUNNABLE <–> TIMED_WAITING
-
当前线程调用 Thread.sleep(long n) ，当前线程从 RUNNABLE --> TIMED_WAITING
-
当前线程等待时间超过了 n 毫秒，当前线程从TIMED_WAITING --> RUNNABLE
情况8 RUNNABLE <–> TIMED_WAITING
-
当前线程调用 LockSupport.parkNanos(long nanos) 或 LockSupport.parkUntil(long millis) 时，当前线 程从 RUNNABLE --> TIMED_WAITING
-
调用 LockSupport.unpark(目标线程) 或调用了线程 的 interrupt() ，或是等待超时，会让目标线程从 TIMED_WAITING–> RUNNABLE
情况9 RUNNABLE <–> BLOCKED
-
t 线程用synchronized(obj) 获取对象锁时如果竞争失败，从RUNNABLE --> BLOCKED
-
持 obj 锁线程的同步代码块执行完毕，会唤醒该对象上所有 BLOCKED的线程重新竞争，如果其中 t 线程竞争 成功，从 BLOCKED --> RUNNABLE ，其它失败的线程仍然BLOCKED
情况10 RUNNABLE --> TERMINATED
- 当前线程所有代码运行完毕，进入 TERMINATED
2.8活跃性
2.8.1多把不相干的锁
一间大屋子有两个功能：睡觉、学习，互不相干。
现在小南要学习，小女要睡觉，但如果只用一间屋子（一个对象锁）的话，那么并发度很低
解决方法是准备多个房间（多个对象锁）
class BigRoom {
public void sleep() {
synchronized (this) {
log.debug("sleeping 2 小时");
Sleeper.sleep(2);
}
}
public void study() {
synchronized (this) {
log.debug("study 1 小时");
Sleeper.sleep(1);
}
}
}
- 改进
class BigRoom {
private final Object studyRoom = new Object();
private final Object bedRoom = new Object();
public void sleep() {
synchronized (bedRoom) {
log.debug("sleeping 2 小时");
Sleeper.sleep(2);
}
}
public void study() {
synchronized (studyRoom) {
log.debug("study 1 小时");
Sleeper.sleep(1);
}
}
}
-
将锁的粒度细分
-
好处，是可以增强并发度
-
坏处，如果一个线程需要同时获得多把锁，就容易发生死锁
-
2.8.2死锁
- 一个线程需要同时获取多把锁，这时就容易发生死锁
- t1 线程 获得 A对象 锁，接下来想获取 B对象 的锁
- t2 线程 获得 B对象 锁，接下来想获取 A对象 的锁
定位死锁
- 检测死锁可以使用 jconsole工具，或者使用
jps定位进程 id，再用jstack 进程id定位死锁
2.8.3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
public class TestLiveLock {
static volatile int count = 10;
static final Object lock = new Object();
public static void main(String[] args) {
new Thread(() -> {
// 期望减到 0 退出循环
while (count > 0) {
sleep(0.2);
count--;
log.debug("count: {}", count);
}
}, "t1").start();
new Thread(() -> {
// 期望超过 20 退出循环
while (count < 20) {
sleep(0.2);
count++;
log.debug("count: {}", count);
}
}, "t2").start();
}
}
2.8.4饥饿
一个线程由于优先级太低，始终得不到 CPU 调度执行，也不能够结束。
2.9ReentranLock
相对于 synchronized 它具备如下特点
- 可中断
- 可以设置超时时间
- 可以设置为公平锁，防止线程饥饿
- 支持多个条件变量，可以细分
与 synchronized 一样，都支持可重入
2.9.1基本语法
- 保证lock和unlock成对出现
// 获取锁
reentrantLock.lock();
try {
// 临界区
} finally {
// 释放锁
reentrantLock.unlock();
}
2.9.2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
private static ReentrantLock lock=new ReentrantLock();
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
lock.lock();
try {
log.debug("main");
m1();
} finally {
lock.unlock();
}
}
public static void m1(){
lock.lock();
try {
log.debug("m1");
m2();
} finally {
lock.unlock();
}
}
public static void m2(){
lock.lock();
try {
log.debug("m2");
} finally {
lock.unlock();
}
}
2.9.3可打断lockInterruptibly
- lock.lockInterruptibly
- 没有竞争就会获取锁
- 有竞争就进入阻塞队列等待,但可以被打断
ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
Thread t1 = new Thread(() -> {
log.debug("启动...");
try {
//没有竞争就会获取锁
//有竞争就进入阻塞队列等待,但可以被打断
lock.lockInterruptibly();
//lock.lock(); //不可打断
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
log.debug("等锁的过程中被打断");
return;
}
try {
log.debug("获得了锁");
} finally {
lock.unlock();
}
}, "t1");
lock.lock();
log.debug("获得了锁");
t1.start();
try {
sleep(1);
log.debug("执行打断");
t1.interrupt();
} finally {
lock.unlock();
}
2.9.4不可打断lock
- 如果是不可中断模式，那么即使使用了 interrupt 也不会让等待中断
private static ReentrantLock lock=new ReentrantLock();
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
Thread t1 = new Thread(() -> {
log.debug("启动...");
lock.lock();
try {
log.debug("获得了锁");
} finally {
lock.unlock();
}
}, "t1");
lock.lock();
log.debug("获得了锁");
t1.start();
try {
sleep(1);
log.debug("执行打断");
t1.interrupt();
sleep(1);
} finally {
log.debug("释放了锁");
lock.unlock();
}
}
2.9.5tryLock
- 立刻返回结果：tryLock()
ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
Thread t1 = new Thread(() -> {
log.debug("启动...");
if (!lock.tryLock()) {
log.debug("获取立刻失败，返回");
return;
}
try {
log.debug("获得了锁");
} finally {
lock.unlock();
}
}, "t1");
lock.lock();
log.debug("获得了锁");
t1.start();
try {
sleep(2);
} finally {
lock.unlock();
}
- 一定时间内返回结果 lock.tryLock()
ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
Thread t1 = new Thread(() -> {
log.debug("启动...");
try {
if (!lock.tryLock(1, TimeUnit.SECONDS)) {
log.debug("获取等待 1s 后失败，返回");
return;
}
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
try {
log.debug("获得了锁");
} finally {
lock.unlock();
}
}, "t1");
lock.lock();
log.debug("获得了锁");
t1.start();
try {
sleep(2);
} finally {
lock.unlock();
}
2.9.6哲学家就餐
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
Chopstick c1 = new Chopstick("1");
Chopstick c2 = new Chopstick("2");
Chopstick c3 = new Chopstick("3");
Chopstick c4 = new Chopstick("4");
Chopstick c5 = new Chopstick("5");
new Philosopher("苏格拉底", c1, c2).start();
new Philosopher("柏拉图", c2, c3).start();
new Philosopher("亚里士多德", c3, c4).start();
new Philosopher("赫拉克利特", c4, c5).start();
new Philosopher("阿基米德", c5, c1).start();
}
class Chopstick extends ReentrantLock {
String name;
public Chopstick(String name) {
this.name = name;
}
@Override
public String toString() {
return "筷子{" + name + '}';
}
}
@Slf4j(topic = "c.Philosopher") // 哲学家问题，筷子必须是可重入锁，否则无法保证同步问题。
class Philosopher extends Thread {
Chopstick left;
Chopstick right;
public Philosopher(String name, Chopstick left, Chopstick right) {
super(name);
this.left = left;
this.right = right;
}
private void eat() throws InterruptedException {
log.debug("eating...");
sleep(1);
}
@Override
public void run() {
while (true) {
// 获得左手筷子
if(left.tryLock()){
try{
// 获得右手筷子
if(right.tryLock()){
try{
// 吃饭
eat();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
} finally {
// 放下右手筷子
right.unlock();
}
}
}finally {
// 放下左手筷子
left.unlock();
}
}
}
}
2.9.7公平锁
- ReentrantLock默认是不公平的锁，但是可以通过构造方法来设置公平
- 不公平是因为不会按照先来先得获取锁，而是按照谁先抢到谁就获得锁
2.9.8条件变量
synchronized 中也有条件变量，就是我们讲原理时那个 waitSet 休息室，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，这就好比
synchronized 是那些不满足条件的线程都在一间休息室等消息
而 ReentrantLock 支持多间休息室，有专门等烟的休息室、专门等早餐的休息室、唤醒时也是按休息室来唤醒
- 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）去重新竞争 lock 锁
- 竞争 lock 锁成功后，从 await 后继续执行
基本方法
static ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
//创建新的条件变量(休息室)
Condition condition1 = lock.newCondition();
Condition condition2 = lock.newCondition();
lock.lock();
//进入休息室等待
condition1.await();
//await也可以使用时间限制
condition1.await(1, TimeUnit.MILLISECONDS);
condition1.awaitNanos(1);
//叫醒一个
condition1.signal();
//叫醒全部
condition1.signalAll();
lock.unlock();
}
2.9.9案例
- 必须先 2 后 1 打印
static ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
static Condition waitCigaretteQueue = lock.newCondition();
static Condition waitbreakfastQueue = lock.newCondition();
static volatile boolean hasCigrette = false;
static volatile boolean hasBreakfast = false;
public static void main(String[] args) {
new Thread(() -> {
try {
lock.lock();
while (!hasCigrette) {
try {
waitCigaretteQueue.await();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
log.debug("等到了它的烟");
} finally {
lock.unlock();
}
}).start();
new Thread(() -> {
try {
lock.lock();
while (!hasBreakfast) {
try {
waitbreakfastQueue.await();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
log.debug("等到了它的早餐");
} finally {
lock.unlock();
}
}).start();
sleep(1);
sendBreakfast();
sleep(1);
sendCigarette();
}
private static void sendCigarette() {
lock.lock();
try {
log.debug("送烟来了");
hasCigrette = true;
waitCigaretteQueue.signal();
} finally {
lock.unlock();
}
}
private static void sendBreakfast() {
lock.lock();
try {
log.debug("送早餐来了");
hasBreakfast = true;
waitbreakfastQueue.signal();
} finally {
lock.unlock();
}
}
2.9.10固定顺序打印-wait / notify版
static Object lock=new Object();
//判断t2是否先打印
static boolean t2runned=false;
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
Thread t1=new Thread(()->{
synchronized (lock){
while (!t2runned){
try {
lock.wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
log.debug("1");
}
},"t1");
Thread t2=new Thread(()->{
synchronized (lock){
log.debug("2");
t2runned=true;
lock.notify();
}
},"t2");
t1.start();
t2.start();
}
2.9.11固定顺序打印-lock / unlock版
static ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
Thread t1 = new Thread(() -> {
//t2获得锁之后
log.debug("lock.tryLock={}",lock.tryLock());
if (lock.tryLock()) {
try {
log.debug("1");
lock.lock();
} finally {
lock.unlock();
}
}
}, "t1");
Thread t2 = new Thread(() -> {
try {
log.debug("2");
lock.lock();
} finally {
lock.unlock();
}
}, "t2");
t1.start();
t2.start();
}
2.9.12固定顺序打印-park / unpark版
Thread t1 = new Thread(() -> {
//t2获得锁之后
if (lock.tryLock()) {
LockSupport.park();
log.debug("1");
}
}, "t1");
Thread t2 = new Thread(() -> {
log.debug("2");
LockSupport.unpark(t1);
}, "t2");
t1.start();
t2.start();
- 线程 1 输出 a 5 次，线程 2 输出 b 5 次，线程 3 输出 c 5 次。现在要求输出 abcabcabcabcabc
2.9.13交替输出-wait / notify
public static void main(String[] args) {
WaitNotify waitNotify = new WaitNotify(1,5);
new Thread(()->{
waitNotify.print("a",1,2);
}).start();
new Thread(()->{
waitNotify.print("b",2,3);
}).start();
new Thread(()->{
waitNotify.print("c",3,1);
}).start();
}
}
class WaitNotify{
//循环次数
private int loopNumber;
//等待标记
private int flag;
public WaitNotify() {
}
public WaitNotify(int loopNumber, int flag) {
this.loopNumber = loopNumber;
this.flag = flag;
}
//输出内容 等待标记 下一个标记
public void print(String str,int waitFlag,int nextFlag){
for(int i=0;i<loopNumber;i++){
synchronized (this){
//如果标记不同则进入等待
while (flag!=waitFlag){
try {
//进入等待
this.wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
System.out.println(str);
//改变标记内容 下一个标记为等待标记
flag=nextFlag;
//叫醒正在等待的标记
this.notifyAll();
}
}
}
}
2.9.14交替输出-await / signal
public static void main(String[] args) {
AwaitSignal awaitSignal = new AwaitSignal(5);
Condition a = awaitSignal.newCondition();
Condition b = awaitSignal.newCondition();
Condition c = awaitSignal.newCondition();
new Thread(()->{
awaitSignal.print("a",a,b);
}).start();
new Thread(()->{
awaitSignal.print("b",b,c);
}).start();
new Thread(()->{
awaitSignal.print("c",c,a);
}).start();
awaitSignal.lock();
try {
a.signal();
} finally {
awaitSignal.unlock();
}
}
}
class AwaitSignal extends ReentrantLock{
private int loopNumber;
public AwaitSignal(int loopNumber) {
this.loopNumber = loopNumber;
}
//打印内容，当前休息室，下一个休息室
public void print(String str,Condition current,Condition next){
for (int i=0;i<loopNumber;i++){
lock();
try {
//当前休息室等待
current.await();
System.out.print(str);
//下一个休息室唤醒
next.signal();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
} finally {
unlock();
}
}
}
}
2.9.14交替输出-park / unpark
static Thread t1;
static Thread t2;
static Thread t3;
public static void main(String[] args) {
ParkUnPark parkUnPark = new ParkUnPark(5);
t1=new Thread(()->{
parkUnPark.print("a",t2);
});
t2=new Thread(()->{
parkUnPark.print("b",t3);
});
t3=new Thread(()->{
parkUnPark.print("c",t1);
});
t1.start();
t2.start();
t3.start();
LockSupport.unpark(t1);
}
}
class ParkUnPark{
private int loopNumber;
public ParkUnPark(int loopNumber) {
this.loopNumber = loopNumber;
}
//打印内容，下一个线程
public void print(String str,Thread next){
for (int i=0;i<loopNumber;i++){
//锁住当前线程
LockSupport.park();
System.out.print(str);
//打开下一个线程
LockSupport.unpark(next);
}
}
}
2.9.15互斥 / 同步
- 互斥：使用 synchronized 或 Lock 达到共享资源互斥效果
- 同步：使用 wait/notify 或 Lock 的条件变量来达到线程间通信效果