锁的初体验

Posted 2021-03-02 farmersun

synchronized

synchronized 关键字声明的方法同一时间只能被一个线程访问。
synchronized 锁的是对象而不是代码，锁方法锁的是this，锁static方法锁的是class。
锁定方法和非锁定方法是可以同步执行的。

public synchronized void doSomething(){
.......
}

synchronized原理，锁升级
偏向锁：如果一个线程获得了锁，那么锁就进入偏向模式，当这个线程再次请求锁时，无需再做任何同步操作，即获取锁的过程，这样就省去了大量有关锁申请的操作，从而也就提供程序的性能。
自旋锁：偏向锁有多个线程（相对较多）竞争的时候就会升级为自旋锁。自旋形象的比喻就是在锁的边上等，不在锁的队列中。
重量级锁：在自旋多次后还是拿不到锁救护i升级为重量级锁。重量级锁需要到操作系统申请资源，效率比较低。

系统锁：加锁代码执行时间长、线程数多
自旋锁：加锁代码执行时间段、线程数少

注意事项
控制加锁代码的范围，避免资源浪费。
synchronized（object）不能用在string常量、Integer、Long等类型上

volatile

一个 volatile 对象引用可能是 null。

volatile作用
线程的可见性

• MESI:CPU高速缓存一致性协议
• volatile 修饰的成员变量在每次被线程访问时，都强制从共享内存中（堆内存）重新读取该成员变量的值。当成员变量发生变化时，会强制线程将变化值回写到共享内存。这样在任何时刻，两个不同的线程总是看到某个成员变量的同一个值。

禁止指令重排序（CPU）

• CPU为了提高效率，会将指令并发执行。volatile关键字会在指令之间加上读屏障和写屏障，保证指令线性执行。
• 懒汉式单利模式用到了volition关键字

public class MyRunnable implements Runnable
{
    private volatile boolean active;
    public void run()
    {
        active = true;
        while (active) // 第一行
        {
            // 代码
        }
    }
    public void stop()
    {
        active = false; // 第二行
    }
}

通常情况下，在一个线程调用 run() 方法（在 Runnable 开启的线程），在另一个线程调用 stop() 方法。
如果 第一行 中缓冲区的 active 值被使用，那么在 第二行 的 active 值为 false 时循环不会停止。

但是以上代码中我们使用了 volatile 修饰 active，所以该循环会停止。

CAS(CompareAndSet)

无锁优化，自旋锁、乐观锁

Atomic类
java提供了一些原子类，内部自带锁，这些锁的实现不是synchronized重量级的，是通过CAS实现的。
比如有：AtomicBoolean、AtomicInteger、AtomicLong
这些类的API操作可以实现同步。

通过原子类的代码跟踪，就会发现原子类的实现是依赖与unsafe类。Atomic类内部调用unsafe类的方法CompareAndSet（对比和设定)，这是一种乐观锁的实现方式

cas(Value,Expection,NewValue){
    if(V==E) V=NewValue;
}
//Value是需要修改的值，Expection是期望修改值Value的现在值,NewValue是要设定的新值。
//CAS乐观锁就是在修改值的时候，对比要修改的值和期望值是不是一致，是才能修改，不是不能修改，会进行下一次尝试

CAS是CPU原语级别实现的，中间不能被打断

ABA问题
在CAS算法中，需要取出内存中某时刻的数据(由用户完成)，在下一时刻比较并交换(CPU保证原子操作)，这个时间差会导致数据的变化。 假设有以下顺序事件： > 1、线程1从内存位置V中取出A > 2、线程2从内存位置V中取出A > 3、线程2进行了写操作，将B写入内存位置V > 4、线程2将A再次写入内存位置V > 5、线程1进行CAS操作，发现V中仍然是A，交换成功
尽管线程1的CAS操作成功，但线程1并不知道内存位置V的数据发生过改变

解决ABA问题
要解决ABA问题，可以增加一个版本号，当内存位置V的值每次被修改后，版本号都加1

AtomicStampedReference内部维护了对象值和版本号，在创建AtomicStampedReference对象时，需要传入初始值和初始版本号，
当AtomicStampedReference设置对象值时，对象值以及状态戳都必须满足期望值，写入才会成功

unsafe类
Unsafe类使Java拥有了像C语言的指针一样操作内存空间的能力，同时也带来了指针的问题。
Unsafe可以直接操作内存，直接生成类实例，直接操作类或者实例变量

LongAdder、AtomicLong、synchronized比较

为什么sync比atomic快？
atomic不加锁，cas实现的原子操作

为什么longadder比atomic快?
LongAdder内部做了一个分段锁，高并发时将对单一变量的CAS操作分散为对数组cells中多个元素的CAS操作，取值时进行求和；
并发较低时仅对base变量进行CAS操作，与AtomicLong类原理相同。

RenntrantLock 可重入锁

synchronized本身也是一种可重入锁。否则子类调用父类不能实现。
可重入：比如同一个类的两个方法都上锁this，方法一在执行期间调用了方法二，因为两把锁的对象是同一个，所以可以执行方法二。

RenntrantLock 可以替代 synchronized
可以在使用synchronized(synchronized(this))的地方替换成RenntrantLock(lock.lock())。
不同点在于RenntrantLock 需要手动解锁（lock.unlock），手动解锁一定写在finally里面避免死锁。

tryLock()尝试锁定,不管锁定与否，方法都会继续执行，可以自己决定要不要wait

lockInterruptibly() 会对Interrupt（）做出响应，是一个可以被打断的锁。lock.lock（）是不能被打断的。

公平锁 RenntrantLock的构造方法可以传一个boolean值，传true即为公平锁。公平锁会优先之前在排队的线程先执行。
RenntrantLock默认是非公平锁。

CountDownLatch

latch是门栓的意思，计数到了，门就开了。
当一个线程执行到latch.await()方法的时候会进行等待，并在在构造 new CountDownLatch(num)传的值num上减1，一直等这个num值减到0的时候程序才会继续向下执行。

countDown要比join灵活，join需要等线程执行结束之后才会继续执行。

CyslicBarrier

循环栅栏。barry.await()会等待在构造new CyslicBarrier(num,new Runnable(){})设置的num满了才会继续执行。
有一种等人齐发车的意思。

Phaser

阶段。结合了CountDownLatch 和 CyslicBarrier。
Phaser按照不同的阶段执行线程，本身维护着一个成员变量。

phaser.arriveAndAwaitAdvance()方法意思是到达等待继续向下一个阶段走。
phaser.arriveAndDeregister()方法可以在某一阶段解除某个线程的注册
phaser.register()在某一阶段注册添加线程

ReadWriteLock

读写锁。读锁是共享锁，写锁是排他锁。
ReentranReadWriteLock是ReadWriteLock锁的一种实现，在里面又分为readLock和WriteLock。
读锁可以一起读，写锁需要锁等待。

Semaphore

信号灯。可以传一个参数，permits是允许的数量，可以做限流。
s.acquire()方法叫阻塞方法，线程执行前先用该方法判断下是不是能获取到允许继续执行，不能获取到就得等待。
s.release()方法是线程结束后释放允许的权限，将权限还回去给下一个线程使用。

Semaphore默认是非公平锁。它的第二个参数可以传递一个boolean值确定是不是公平锁。

Exchanger

交换器。可以在两个线程间交换数据。
s是线程的某信息，使用e.exchange(s)可以获取到另一个线程交换的信数据。