Java并发多线程编程——锁

Posted 2022-02-06 小志的博客

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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了Java并发多线程编程——锁相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

一、公平锁和非公平锁

1.1、公平锁和非公平锁的概述

公平锁：指多个线程按照申请锁的顺序来获取锁。
非公平锁：指在多线程获取锁的顺序并不是按照申请锁的顺序，有可能后申请的线程比先申请的线程优先获取到锁，在高并发的情况下,有可能造成优先级反转或者饥饿现象。
并发包ReentrantLock的创建可以指定构造函数的boolean类型来得到公平锁或者非公平锁，默认是非公平锁。如下图：

1.2、公平锁和非公平锁的区别

公平锁：就是很公平，在并发环境中，每个线程在获取锁时会先查看此锁维护的等待队列，如果为空，或者当前线程是等待队列的第一个，就占有锁，否则就会加入到等待队列中，以后会按照FIFO的规则从队列中取到自己。
非公平锁：非公平锁比较粗鲁，上来就直接尝试占有锁，如果尝试失败，就再采用类似公平锁那种方式。

1.3、ReentrantLock和synchronized锁的区别

ReentrantLock即可以指定公平锁，又可以指定非公平锁。通过构造函数指定该锁是否是公平锁，默认是非公平锁。非公平锁的优点在于吞吐量必公平锁大。
synchronized也是一种非公平锁。

二、可重入锁(又名递归锁)

2.1、可重入锁的概述

可重入锁：指的是同一线程外层函数获得锁后，内层函数仍然能获取该锁的代码，在同一个线程在外层方法获取锁的时候，在进入内层方法会自动获取锁。
也就是说，线程可以进入任何一个它已经拥有锁所同步着的代码块。

2.2、可重入锁的作用

ReentrantLock和synchronized就是一个典型的可重入锁。
可重入锁最大的作用就是避免死锁。

2.3、可重入锁的示例代码

代码

import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

class UserInfo implements Runnable 
    private Lock lock = new ReentrantLock();

    @Override
    public void run() 
        getInfo();
    
    //getInfo方法
    private void getInfo() 
        lock.lock();
        try 
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\\tgetInfo");
            setInfo();//调用setInfo方法
         finally 
            lock.unlock();
        
    
    //setInfo方法
    private void setInfo() 
        lock.lock();
        try 
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\\tsetInfo");
         finally 
            lock.unlock();
        
    

/**
 * @description: 可重入锁的示例代码
 * @author: xz
 */
public class LockDemo 
    public static void main(String[] args) 
        UserInfo userInfo=new UserInfo();
        Thread t1 = new Thread(userInfo);
        Thread t2 = new Thread(userInfo);
        t1.start();
        t2.start();

输出结果如下：

三、自旋锁（SpinLock）

3.1、自旋锁（SpinLock）的概述

自旋锁：指尝试获取锁的线程不会立即阻塞，而是采用循环的方式去尝试获取锁，这样的好处是减少线程上下文切换的消耗，缺点是循环会消耗CPU。
原子类中的getAndAddInt()使用到自旋锁，自旋锁的核心即do while加CAS,如下图：

3.2、自旋锁（SpinLock）的示例代码

代码

import java.util.concurrent.TimeUnit;
import java.util.concurrent.atomic.AtomicReference;
/**
 * @description: 手写自旋锁示例代码
 * @author: xz
 */
public class SpinLockDemo 
    //原子引用线程
    AtomicReference<Thread> atomicReference =new AtomicReference<>();

    //加锁
    public void myClock()
        Thread thread = Thread.currentThread();
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"\\t come in ....加锁");

        //初始时原子引用线程为空，当原子引用线程为空时，添加当前线程添
        //如果返回true的话，直接进入while进行循环，所以取反，第一次不进入while循环
        while (!atomicReference.compareAndSet(null,thread))

        

    

    //解锁
    public void myUnClock()
        Thread thread = Thread.currentThread();
        atomicReference.compareAndSet(thread,null);

        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"\\t go out ....解锁");

    

    public static void main(String[] args) 
        SpinLockDemo spinLockDemo = new SpinLockDemo();

        //A线程，获取锁后睡眠5秒钟，再释放锁
        new Thread(()->
            spinLockDemo.myClock();
            try 
                TimeUnit.SECONDS.sleep(5);
             catch (InterruptedException e) 
                e.printStackTrace();
            
            spinLockDemo.myUnClock();
        ,"线程A").start();

        try 
            TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
         catch (InterruptedException e) 
            e.printStackTrace();
        
        //B线程，获取锁后直接释放锁
        new Thread(()->
            spinLockDemo.myClock();
            spinLockDemo.myUnClock();
        ,"线程B").start();

输出结果如下：

四、独占锁(又名写锁)和共享锁(又名读锁)

4.1、独占锁和共享锁的概述

独占锁：指该锁一次只能被一个线程所持有。
共享锁：指该锁可被多个线程所持有。

4.2、独占锁和共享锁的典型应用

对于ReentrantLock和synchronized而言都是独占锁。
对于ReentrantReadWriteLock其读锁时共享锁，其写锁是独占锁。
读锁的共享锁可保证并发读是非常高效的。而读写，写读，写写的过程是互斥的。

4.3、独占锁和共享锁的示例代码

代码

import java.util.HashMap;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantReadWriteLock;
/**
 * 资源类
 */
class MyResource
    /**
     * 保证可见性
     */
    private volatile HashMap<String, Object> map  = new HashMap();

    private ReentrantReadWriteLock reentrantReadWriteLock = new ReentrantReadWriteLock();
    /**
     * 写操作
     */
    public void writeResoure(String key, Object value) 
        reentrantReadWriteLock.writeLock().lock();
        try 
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\\t正在写入" + key);
            //模拟网络延时
            try 
                TimeUnit.MICROSECONDS.sleep(300);
             catch (InterruptedException e) 
                e.printStackTrace();
            
            map.put(key, value);
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\\t正在完成");
         finally 
            reentrantReadWriteLock.writeLock().unlock();
        
    

    /**
     * 读
     */
    public void readResoure(String key) 
        reentrantReadWriteLock.readLock().lock();
        try 
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\\t正在读取");
            //模拟网络延时
            try 
                TimeUnit.MICROSECONDS.sleep(300);
             catch (InterruptedException e) 
                e.printStackTrace();
            
            Object result = map.get(key);
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\\t正在完成" + result);
         finally 
            reentrantReadWriteLock.readLock().unlock();
        
    


/**
 * @description: 多个线程同时操作一个资源类没有任何问题。 所以为了满足并发量，读取共享资源应该可以同时进行.
 *               但是,如果有一个线程想去写共享资源,就不应该有其他线程可以对资源进行读或写.
 * @author: xz
 */
public class ReadWriteLockDemo 
    public static void main(String[] args) 
        MyResource myResource = new MyResource();
        for (int i = 1; i <= 3; i++) 
            final int temp = i;
            new Thread(() -> 
                myResource.writeResoure(temp + "", temp);
            , "线程"+String.valueOf(i)).start();
        

        for (int i = 1; i <= 3; i++) 
            int finalI = i;
            new Thread(() -> 
                myResource.readResoure(finalI + "");
            , "线程"+String.valueOf(i)).start();