Java锁机制

Posted 2021-01-11 沫小淘

线程同步

什么是线程同步

线程之间执行是有先后顺序的，一个线程要等待上一个线程执行完之后才开始执行当前的线程。

为什么要线程同步

java允许多线程并发控制，当多个线程同时操作一个可共享的资源变量时（如数据的增删改查）， 将会导致数据不准确，相互之间产生冲突，所以需要线程同步执行，保证了该变量的唯一性和准确性。

如何实现线程同步

多线程的线程同步机制实际上是靠锁的概念来控制的。  1）synchronized关键字   2）java.util.concurrent.lock包中的Lock对象

 

synchronized关键字 
synchronized 是Java的关键字，是Java的内置特性，在JVM层面实现了对临界资源的同步互斥访问。

1. 在Java程序运行时环境中，JVM需要对两类线程共享的数据进行协调：1）保存在堆中的实例变量　　2）保存在方法区中的类变量　　这两类数据是被所有线程共享的（Java栈总的数据是线程私有的，不需要协调）。

2. 在java虚拟机中，每个对象和类在逻辑上都是和一个监视器相关联的。对于对象来说，相关联的监视器保护对象的实例变量。对于类来说，监视器保护类的类变量。（如果一个对象没有实例变量，或者一个类没有变量，相关联的监视器就什么也不监视。） 

3. 为了实现监视器的排他性监视能力，java虚拟机为每一个对象和类都关联一个锁。代表任何时候只允许一个线程拥有的特权。 如果线程获取了锁，那么在它释放这个锁之前，就没有其他线程可以获取同样数据的锁了。（锁住一个对象就是获取对象相关联的监视器）

    类锁实际上用对象锁来实现。当虚拟机装载一个class文件的时候，它就会创建一个java.lang.Class类的实例。当锁住一个对象的时候，实际上锁住的是那个类的Class对象。

4. 一个线程可以多次对同一个对象上锁。对于每一个对象，java虚拟机维护一个加锁计数器，线程每获得一次该对象，计数器就加1，每释放一次，计数器就减 1，当计数器值为0时，锁就被完全释放了。java编程人员不需要自己动手加锁，对象锁是java虚拟机内部使用的。

5. 在java程序中，只需要使用synchronized块或者synchronized方法就可以标志一个监视区域。当每次进入一个监视区域时，java 虚拟机都会自动锁上对象或者类。

 

使用方式

1. synchronized关键字修饰方法。public synchronized void save(){}　　synchronized关键字也可以修饰静态方法，此时如果调用该静态方法，将会锁住整个类

2. synchronized关键字修饰代码块。synchronized(object){}　　同步是一种高开销的操作，因此应该尽量减少同步的内容。 通常没有必要同步整个方法，使用synchronized代码块同步关键代码即可。 

 

案例1

public class ThreadTest extends Thread {
    private int threadNo;

    public ThreadTest(int threadNo) {
        this.threadNo = threadNo;
    }

    @Override
    public synchronized void run() {
        for(int i = 1; i < 10000; i++){
            System.out.println("No." + threadNo + ":" + i);
        }
    }

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        for(int i = 1; i < 10; i++){
            new ThreadTest(i).start();
            Thread.sleep(1);
        }
    }

}

这个程序其实就是让10个线程在控制台上数数，从1数到9999。理想情况下，我们希望看到一个线程数完，然后才是另一个线程开始数数。但是这个程序的执行过程告诉我们，这些线程还是乱糟糟的在那里抢着报数，丝毫没有任何规矩可言。

但是细心的读者注意到：run方法还是加了一个synchronized关键字的，按道理说，这些线程应该可以一个接一个的执行这个run方法才对阿。

对于一个成员方法加synchronized关键字，这实际上是以这个成员方法所在的对象本身作为对象锁

在本例中就是 以ThreadTest类的一个具体对象，也就是该线程自身作为对象锁的。一共十个线程，每个线程持有自己 线程对象的那个对象锁。这必然不能产生同步的效果。

 

案例2

public class ThreadTest extends Thread {
    private int threadNo;
    private String lock;

    public ThreadTest(int threadNo, String lock) {
        this.threadNo = threadNo;
        this.lock = lock;
    }

    public void run() {
        synchronized(lock){
            for(int i = 1; i < 10000; i++){
                System.out.println("No." + threadNo + ":" + i);
            }
        }
    }

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        String lock = new String("lock");
        for(int i = 1; i < 10; i++){
            new ThreadTest(i, lock).start();
            Thread.sleep(1);
        }
    }

}

该程序通过在main方法启动10个线程之前，创建了一个String类型的对象。并通过ThreadTest的构造函数，将这个对象赋值给每一个ThreadTest线程对象中的私有变量lock。

根据Java方法的传值特点，这些线程的lock变量实际上指向的是堆内存中的同一个区域，即存放main函数中的lock变量的区域。

程序将原来run方法前的synchronized关键字去掉，换用了run方法中的一个synchronized块来实现。这个同步块的对象锁，就是 main方法中创建的那个String对象。换句话说，他们指向的是同一个String类型的对象，对象锁是共享且唯一的！

于是，我们看到了预期的效果：10个线程不再是争先恐后的报数了，而是一个接一个的报数。

 

案例3        

public class ThreadTest extends Thread {
    private int threadNo;

    public ThreadTest(int threadNo) {
        this.threadNo = threadNo;
    }

    public void run() {
        abc(threadNo);
    }

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        for(int i = 1; i < 20; i++){
            new ThreadTest(i).start();
            Thread.sleep(1);
        }
    }

    public static synchronized void abc(int threadNo) {
        for(int i = 1; i < 10000; i++){
            System.out.println("No." + threadNo + ":" + i);
        }
    }

}

这段代码没有使用main方法中创建的String对象作为这10个线程的线程锁。而是通过在run方法中调用本线程中一个静态的同步 方法abc而实现了线程的同步。

这里synchronized静态方法是用什么来做对象锁的呢？对于同步静态方法，对象锁就是该静态放发所在的类的Class实例，由于在JVM中，所有被加载的类都有唯一的类对象，具体到本例就是唯一的 ThreadTest.class对象。不管我们创建了该类的多少实例，但是它的类实例仍然是一个！


总结

1. 对于同步的方法或者代码块来说，必须获得对象锁才能够进入同步方法或者代码块进行操作；

2. 如果采用method级别的同步，则对象锁即为method所在的对象，如果是静态方法，对象锁即指method所在的Class对象(唯一)；

3. 对于代码块，对象锁即指synchronized(abc)中的abc；

4. 同步有两种方式，同步块和同步方法。

    如果是同步代码块，则对象锁需要编程人员自己指定，一般有些代码为synchronized(this)只有在单态模式才生效。如果是同步方法，则分静态和非静态两种，静态方法则一定会同步，非静态方法需在单例模式才生效，推荐用静态方法(不用担心是否单例)。

5. 在Java多线程编程中，最常见的synchronized关键字实际上是依靠对象锁的机制来实现线程同步的。

Lock详解http://www.cnblogs.com/aishangJava/p/6555291.html

 

死锁问题

所谓死锁：是指两个或两个以上的进程在执行过程中，因争夺资源而造成的一种互相等待的现象，若无外力作用，它们都将无法推进下去。此时称系统处于死锁状态 或系统产生了死锁，这些永远在互相等待的进程称为死锁进程。

产生死锁的条件

互斥条件

指进程对所分配到的资源进行排它性使用，即在一段时间内某资源只由一个进程占用。如果此时还有其它进程请求资源，则请求者只能等待，直至占有资源的进程用毕释放。

请求和保持条件

指进程已经保持至少一个资源，但又提出了新的资源请求，而该资源已被其它进程占有，此时请求进程阻塞，但又对自己已获得的其它资源保持不放。

不剥夺条件

进程已获得的资源，在未使用完之前，不能被剥夺，只能在使用完时由自己释放。

环路等待条件

指在发生死锁时，必然存在一个进程——资源的环形链，即进程集合{P0，P1，P2，···，Pn}中的P0正在等待一个P1占用的资源；P1正在等待P2占用的资源，……，Pn正在等待已被P0占用的资源。

 

处理方法

预防死锁：破坏四个必要条件中的一个或多个

避免死锁

检测死锁

解除死锁