初探并发一

Posted 2022-11-18 hetangyuese

线程并发-synchronized和Lock简单认知

前几天刚加深了线程的了解，期间在验证各种方法及多线程时遇到一些疑问，在高并发的情况下，怎么做才能保证程序还能按照我们预期的正常运行下去，这就是我们接下来探究下关于并发中的常用的一些线程安全方法、类等，仅个人见解, 忘广大学友纠正。

synchronized同步锁

1. 特性

   1.1 类、方法和代码块正确的使用synchronized可以保证并发情况下互斥线程的代码同步(原子性);

   1.2 保证共享的资源可见性(类似volaite),每个线程都有自己的缓存区域，如果被锁的资源发生了变化，每个线程会弃从线程缓存中获取而去系统主内存中重新获取最新的（可见性）

   1.3 在并发情况下，可以保障线程的有序执行 （有序）

2. 原理

   同步锁可以针对类、代码块和对象进行加锁，每个被修饰的对象，在线程调用获取时都会经过监视器monitor进行操作；

   当线程调用对象时，如果该对象的监视器中进入的线程数为0时，则当前线程为对象锁的拥有者，数值+1，其他的线程调用时则会阻塞进行等待；

   如果当前线程再次获取该对象时，监视器进入的线程数值再+1；

   在线程执行完成释放资源后，监视器中进入的线程数为0时，阻塞的线程按序获取对象。

   当我们在对对象或者类(代码块)加锁时：

   public class Test1 
   
    private static Boolean flag = true;
   
    public void add() 
        synchronized(flag) 
            if (flag) 
                flag = false;
            
        
    
   
    public static void main(String args[]) 
        Test1 t1 = new Test1();
        t1.add();
        System.out.println(flag);
    
   
   // 查看编译字节文件
   public Test1();
     descriptor: ()V
     flags: ACC_PUBLIC
     Code:
       stack=1, locals=1, args_size=1
          0: aload_0
          1: invokespecial #1                  // Method java/lang/Object."<init>":()V
          4: return
       LineNumberTable:
         line 1: 0
   
   public void add();
     descriptor: ()V
     flags: ACC_PUBLIC
     Code:
       stack=2, locals=3, args_size=1
          0: getstatic     #2                  // Field flag:Ljava/lang/Boolean;
          3: dup
          4: astore_1
          5: monitorenter
          6: getstatic     #2                  // Field flag:Ljava/lang/Boolean;
          9: invokevirtual #3                  // Method java/lang/Boolean.booleanValue:()Z
         12: ifeq          22
         15: iconst_0
         16: invokestatic  #4                  // Method java/lang/Boolean.valueOf:(Z)Ljava/lang/Boolean;
         19: putstatic     #2                  // Field flag:Ljava/lang/Boolean;
         22: aload_1
         23: monitorexit
         24: goto          32
         27: astore_2
         28: aload_1
         29: monitorexit
         30: aload_2
         31: athrow
         32: return
       Exception table:
          from    to  target type
              6    24    27   any
             27    30    27   any
   
   

   通过查看字节码(使用javap -v/verbose命令查看编码文件)来看，jvm通过monitorenter和monitorexit进入和退出监视器，为了确保释放对象锁，存在多次monitorexit;

   当我们在方法体上加锁时：

   public class Test 
   
    private int num;
   
    public synchronized int add() 
        return num ++;
    
   
    public static void main(String[] args) 
        Test t = new Test();
        System.out.println(t.add());
    
   
   // 字节码
   public Test();
     descriptor: ()V
     flags: ACC_PUBLIC
     Code:
       stack=1, locals=1, args_size=1
          0: aload_0
          1: invokespecial #1                  // Method java/lang/Object."<init>":()V
          4: return
       LineNumberTable:
         line 1: 0
   
   public synchronized int add();
     descriptor: ()I
     flags: ACC_PUBLIC, ACC_SYNCHRONIZED
     Code:
       stack=4, locals=1, args_size=1
          0: aload_0
          1: dup
          2: getfield      #2                  // Field num:I
          5: dup_x1
          6: iconst_1
          7: iadd
          8: putfield      #2                  // Field num:I
         11: ireturn
       LineNumberTable:
         line 6: 0
   

   出现了ACC_SYNCHRONIZED变量，与在代码块加锁不同的是，方法体加锁是根据ACC_SYNCHRONIZED标识的true/false来判断是否同步，而代码块同步锁则是通过monitorenter和monitorexit指令进行同步操作

3. 应用场景

   在多线程中，我们要实现资源共享时可以通过加锁来实现；同步代码块逻辑过于复杂不推荐使用

Lock

1. 特性

   • Lock需要手动加锁、手动解锁 （lock(); unlock();）

   • tryLock非阻塞方式获取锁，判断是否已经被占有锁，有则返回false，true则占有锁；同样可以设置时间，在时间之内尝试获取锁；

     lock.tryLock(6000, TimeUnit.MILLISECONDS) // 线程AB先后获取锁，A占有锁B会在后面的6秒尝试再次获取获取不到直接进入false逻辑。

   • lock.lockInterruptibly(), 等待获取锁的线程可以中断 thread.interrupt(); 声明抛出InterruptedException异常

   • Lock释放锁如有异常捕获需在finally中释放锁

2. 原理

   Lock常用的实现类ReentrantLock、ReadWriteLock等，其基本都是依赖AQS（AbstractQueuedSynchronizer）提供的加锁解锁方法。

总结

1. synchronized和lock的区别
   • synchronized jvm在执行了monitorexit命令后会自动释放锁，lock需要手动释放锁，否则容易造成线程死锁
   • Lock是一个接口，synchronized是关键字
   • Lock可以判断线程是否拥有了锁、可以设置获取锁的时间
   • Lock锁适合大量同步的代码的同步问题，synchronized锁适合代码少量的同步问题。
2. 要使用synchronized，必须要有两个以上的线程。单线程使用没有意义，还会使效率降低。
3. 要使用synchronized，线程之间需要发生同步，不需要同步的没必要使用synchronized，例如只读数据。
4. 使用synchronized的缺点是效率非常低，因为加锁、释放锁和释放锁后争抢CPU执行权的操作都很耗费资源。