Lock和synchronized
- 锁是一种工具，用于控制对共享资源的访问
- Lock和synchronized，这两个是最创建的锁，他们都可以达到线程安全的目的，但是使用和功能上有较大不同
- Lock不是完全替代synchronized的，而是当使用synchronized不合适或不足以满足要求的时候，提供高级功能
- Lock 最常见的是ReentrantLock实现
为啥需要Lock
- syn效率低：锁的释放情况少，试图获得锁时不能设定超时，不能中断一个正在试图获得锁的线程
- 不够灵活，加锁和释放的时机单一，每个锁仅有一个单一的条件(某个对象),可能是不够的
- 无法知道是否成功获取到锁
主要方法
Lock();
最普通的获取锁，最佳实践是finally中释放锁，保证发生异常的时候锁一定被释放
private static Lock lock = new ReentrantLock();
public static void main(String[] args) {
lock.lock();
try {
//获取本锁保护的资源
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "开始执行任务");
} finally {
lock.unlock();
}
}tryLock(long time,TimeUnit unit)；超时就放弃
用来获取锁，如果当前锁没有被其它线程占用，则获取成功，则返回true，否则返回false，代表获取锁失败
static class TryLockDeadlock implements Runnable {
int flag = 1;
static Lock lock1 = new ReentrantLock();
static Lock lock2 = new ReentrantLock();
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 100; i++) {
if (flag == 1) {
try {
if (lock1.tryLock(800, TimeUnit.MILLISECONDS)) {
try {
System.out.println("线程1获取到了锁1");
Thread.sleep(new Random().nextInt(1000));
if (lock2.tryLock(800,TimeUnit.MILLISECONDS)){
try {
System.out.println("线程1获取到了锁2");
System.out.println("线程1成功获取到了2把锁");
break;
}finally {
lock2.unlock();
}
}else{
System.out.println("线程1获取锁2失败，已重试");
}
} finally {
lock1.unlock();
Thread.sleep(new Random().nextInt(1000));
}
} else {
System.out.println("线程1获取锁1失败，已重试");
}
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
if (flag == 0) {
try {
if (lock2.tryLock(3000, TimeUnit.MILLISECONDS)) {
try {
System.out.println("线程2获取到了锁2");
Thread.sleep(new Random().nextInt(1000));
if (lock1.tryLock(800,TimeUnit.MILLISECONDS)){
try {
System.out.println("线程2获取到了锁1");
System.out.println("线程2成功获取到了2把锁");
break;
}finally {
lock1.unlock();
}
}else{
System.out.println("线程2获取锁1失败，已重试");
}
} finally {
lock2.unlock();
Thread.sleep(new Random().nextInt(1000));
}
} else {
System.out.println("线程2获取锁2失败，已经重试");
}
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}
public static void main(String[] args) {
TryLockDeadlock r1 = new TryLockDeadlock();
TryLockDeadlock r2 = new TryLockDeadlock();
r1.flag = 1;
r2.flag = 0;
new Thread(r1).start();
new Thread(r2).start();
}
}
执行结果：
线程1获取到了锁1
线程2获取到了锁2
线程1获取锁2失败，已重试
线程2获取到了锁1
线程2成功获取到了2把锁
线程1获取到了锁1
线程1获取到了锁2
线程1成功获取到了2把锁lockInterruptibly(); 中断
相当于tryLock(long time,TimeUnit unit) 把超时时间设置为无限，在等待锁的过程中，线程可以被中断
static class LockInterruptibly implements Runnable {
private Lock lock = new ReentrantLock();
@Override
public void run() {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "尝试获取锁");
try {
lock.lockInterruptibly();
try {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "获取到了锁");
Thread.sleep(5000);
} catch (InterruptedException e) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "睡眠中被中断了");
} finally {
lock.unlock();
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "释放了锁");
}
} catch (InterruptedException e) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "等锁期间被中断了");
}
}
public static void main(String[] args) {
LockInterruptibly lockInterruptibly = new LockInterruptibly();
Thread thread0 = new Thread(lockInterruptibly);
Thread thread1 = new Thread(lockInterruptibly);
thread0.start();
thread1.start();
try {
Thread.sleep(2000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
thread0.interrupt();
}
}
执行结果：
Thread-0尝试获取锁
Thread-1尝试获取锁
Thread-0获取到了锁
Thread-0睡眠中被中断了
Thread-0释放了锁
Thread-1获取到了锁
Thread-1释放了锁Java锁分类：
乐观锁和悲观锁：
乐观锁：
比较乐观，认为自己在处理操作的时候，不会有其它线程来干扰，所以并不会锁住操作对象
- 在更新的时候，去对比我修改期间的数据有没有被改变过，如没有，就正常的修改数据
- 如果数据和我一开始拿到的不一样了，说明其他人在这段时间内改过，会选择放弃，报错，重试等策略
- 乐观锁的实现一般都是利用CAS算法来实现的
劣势：
可能造成ABA问题，就是不知道是不是修改过
使用场景：
适合并发写入少的情况，大部分是读取的场景，不加锁的能让读取的性能大幅提高
悲观锁：
比较悲观，认为如果我不锁住这个资源，别人就会来争抢，就会造成数据结果错误，所以它会锁住操作对象，Java中悲观锁的实现就是syn和Lock相关类
劣势：
- 阻塞和唤醒带来的性能劣势
- 如果持有锁的线程被永久阻塞，比如遇到了无限循环，死锁等活跃性问题，那么等待该线程释放锁的那几个线程，永远也得不到执行
- 优先级反转，优先级低的线程拿到锁不释放或释放的比较慢，就会造成这个问题
使用场景：
适合并发写入多的情况，适用于临界区持锁时间比较长的情况：
- 临界区有IO操作
- 临界区代码复杂或者循环量大
- 临界区竞争非常激烈
可重入锁：
可重入就是说某个线程已经获得某个锁，可以再次获取锁而不会出现死锁
ReentrantLock 和 synchronized 都是可重入锁
// 递归调用演示可重入锁
static class RecursionDemo{
public static ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
private static void accessResource(){
lock.lock();
try {
System.out.println("已经对资源处理了");
if (lock.getHoldCount() < 5){
System.out.println("已经处理了"+lock.getHoldCount()+"次");
accessResource();
}
}finally {
lock.unlock();
}
}
public static void main(String[] args) {
new RecursionDemo().accessResource();
}
}
执行结果：
已经对资源处理了
已经处理了1次
已经对资源处理了
已经处理了2次
已经对资源处理了
已经处理了3次
已经对资源处理了
已经处理了4次
已经对资源处理了ReentrantLock的其它方法
- isHeldByCurrentThread 可以看出锁是否被当前线程持有
- getQueueLength()可以返回当前正在等待这把锁的队列有多长，一般这两个方法是开发和调试时候使用，上线后用到的不多
公平锁和非公平锁
- 公平指的是按照线程请求的顺序，来分配锁；
- 非公平指的是，不完全按照请求的顺序，在一定情况下，可以插队
- 非公平锁可以避免唤醒带来的空档期
class FairLock{
public static void main(String[] args) {
PrintQueue printQueue = new PrintQueue();
Thread[] thread = new Thread[10];
for (int i = 0; i < 10; i++) {
thread[i] = new Thread(new Job(printQueue));
}
for (int i = 0; i < 5; i++) {
thread[i].start();
try {
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}
class Job implements Runnable{
PrintQueue printQueue;
public Job(PrintQueue printQueue) {
this.printQueue = printQueue;
}
@Override
public void run() {
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"开始打印");
printQueue.printJob(new Object());
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"打印完成");
}
}
class PrintQueue{
// true 公平，false是非公平
private Lock queueLock = new ReentrantLock(true);
public void printJob(Object document){
queueLock.lock();
try {
int duration = new Random().nextInt(10)+1;
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"正在打印，需要"+duration+"秒");
Thread.sleep(duration * 1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
} finally {
queueLock.unlock();
}
queueLock.lock();
try {
int duration = new Random().nextInt(10)+1;
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"正在打印，需要"+duration+"秒");
Thread.sleep(duration * 1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
} finally {
queueLock.unlock();
}
}
}
执行结果：
Thread-0开始打印
Thread-0正在打印，需要10秒
Thread-1开始打印
Thread-2开始打印
Thread-3开始打印
Thread-4开始打印
Thread-1正在打印，需要2秒
Thread-2正在打印，需要2秒
Thread-3正在打印，需要2秒
Thread-4正在打印，需要4秒
Thread-0正在打印，需要2秒
Thread-0打印完成
Thread-1正在打印，需要7秒
Thread-1打印完成
Thread-2正在打印，需要8秒
Thread-2打印完成
Thread-3正在打印，需要3秒
Thread-3打印完成
Thread-4正在打印，需要8秒
Thread-4打印完成
true改为false演示非公平锁：
Lock queueLock = new ReentrantLock(false);
执行结果：
Thread-0正在打印，需要7秒
Thread-1开始打印
Thread-2开始打印
Thread-3开始打印
Thread-4开始打印
Thread-0正在打印，需要9秒
Thread-0打印完成
Thread-1正在打印，需要3秒
Thread-1正在打印，需要2秒
Thread-1打印完成
Thread-2正在打印，需要4秒
Thread-2正在打印，需要7秒
Thread-2打印完成
Thread-3正在打印，需要10秒
Thread-3正在打印，需要2秒
Thread-3打印完成
Thread-4正在打印，需要7秒
Thread-4正在打印，需要8秒
Thread-4打印完成共享锁和排它锁：
- 排它锁，又称为独占锁，独享锁
- 共享锁，又称为读锁，获得共享锁之后，可以查看但无法修改和删除数据，其他线程此时也可以获取到共享锁，也可以查看但无法修改和删除数据
- 共享锁和排它锁的典型是读写锁 ReentrantReadWriteLock,其中读锁是共享锁，写锁是独享锁
读写锁的作用：
- 在没有读写锁之前，我们假设使用ReentrantLock，那么虽然我们保证了线程安全，但是也浪费了一定的资源：多个读操作同时进行，并没有线程安全问题
- 在读的地方使用读锁，在写的地方使用写锁，灵活控制，如果没有写锁的情况下，读是无阻塞的，提高了程序的执行效率
读写锁的规则：
- 多个线程值申请读锁，都可以申请到
- 要么一个或多个一起读，要么一个写，两者不会同时申请到，只能存在一个写锁
class CinemaReadWrite{
private static ReentrantReadWriteLock reentrantReadWriteLock = new ReentrantReadWriteLock();
private static ReentrantReadWriteLock.ReadLock readLock = reentrantReadWriteLock.readLock();
private static ReentrantReadWriteLock.WriteLock writeLock = reentrantReadWriteLock.writeLock();
private static void read(){
readLock.lock();
try {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "得到了读锁，正在读取");
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
} finally {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "释放了读锁");
readLock.unlock();
}
}
private static void write(){
writeLock.lock();
try {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "得到了写锁，正在写入");
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
} finally {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "释放了写锁");
writeLock.unlock();
}
}
public static void main(String[] args) {
new Thread(()-> read(),"Thrad1").start();
new Thread(()-> read(),"Thrad2").start();
new Thread(()-> write(),"Thrad3").start();
new Thread(()-> write(),"Thrad4").start();
}
}
执行结果：
Thrad1得到了读锁，正在读取
Thrad2得到了读锁，正在读取
Thrad2释放了读锁
Thrad1释放了读锁
Thrad3得到了写锁，正在写入
Thrad3释放了写锁
Thrad4得到了写锁，正在写入
Thrad4释放了写锁读锁和写锁的交互方式：
读锁插队策略：
- 公平锁：不允许插队
- 非公平锁：写锁可以随时插队，读锁仅在等待队列头节点不是想获取写锁线程的时候可以插队
自旋锁和阻塞锁
- 让当前线程进行自旋，如果自旋完成后前面锁定同步资源的线程已经释放了锁，那么当前线程就可以不必阻塞而是直接获取同步资源，从而避免切换线程的开销。这就是自旋锁。
- 阻塞锁和自旋锁相反，阻塞锁如果遇到没拿到锁的情况，会直接把线程阻塞，知道被唤醒
自旋缺点：
- 如果锁被占用的时间很长，那么自旋的线程只会白浪费处理器资源
- 在自旋的过程中，一直消耗cpu，所以虽然自旋锁的起始开销低于悲观锁，但是随着自旋的时间增长，开销也是线性增长的
原理：
- 在Java1.5版本及以上的并发框架java.util.concurrent 的atmoic包下的类基本都是自旋锁的实现
- AtomicInteger的实现：自旋锁的实现原理是CAS,AtomicInteger中调用unsafe 进行自增操作的源码中的do-while循环就是一个自旋操作，如果修改过程中遇到其他线程竞争导致没修改成功，就在while里死循环直至修改成功
class SpinLock{
private AtomicReference<Thread> sign = new AtomicReference<>();
public void lock(){
Thread currentThread = Thread.currentThread();
while (!sign.compareAndSet(null,currentThread)){
System.out.println("自旋获取失败，再次尝试");
}
}
public void unLock(){
Thread currentThread = Thread.currentThread();
sign.compareAndSet(currentThread,null);
}
public static void main(String[] args) {
SpinLock spinLock = new SpinLock();
Runnable runnable = new Runnable(){
@Override
public void run(){
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"开始尝试自旋锁");
spinLock.lock();
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"获取到了自旋锁");
try {
Thread.sleep(1);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}finally {
spinLock.unLock();
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"释放了自旋锁");
}
}
};
Thread thread1 = new Thread(runnable);
Thread thread2 = new Thread(runnable);
thread1.start();
thread2.start();
}
}
执行结果：
Thread-0开始尝试自旋锁
Thread-0获取到了自旋锁
Thread-1开始尝试自旋锁
自旋获取失败，再次尝试
自旋获取失败，再次尝试
自旋获取失败，再次尝试
自旋获取失败，再次尝试
自旋获取失败，再次尝试
自旋获取失败，再次尝试
自旋获取失败，再次尝试
自旋获取失败，再次尝试
自旋获取失败，再次尝试
自旋获取失败，再次尝试
自旋获取失败，再次尝试
Thread-0释放了自旋锁
Thread-1获取到了自旋锁
Thread-1释放了自旋锁使用场景：
- 自旋锁一般用于多核服务器，在并发度不是特别高的情况下，比阻塞锁的效率要高
- 另外，自旋锁适用于临界区比较短小的情况，否则如果临界区很大(线程一旦拿到锁，很久之后才会释放)，那也是不合适的
总结
到此这篇关于Java中锁的分类与使用方法的文章就介绍到这了,更多相关Java中锁使用内容请搜索编程网以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持编程网！
