十JUC包中的锁

Posted 2020-08-01

JUC，即java.util.concurrent.

悲观锁和乐观锁

悲观锁和乐观锁是一种思想。

悲观锁，持有一种悲观的态度，认为会出现很坏的情况，所以，先做预防措施。独占锁是一种悲观锁，synchronized就是一种独占锁。

而乐观锁，则是持有一种持有种乐观的态度，认为不会出现什么问题，有问题了再说。

对于常用多线程编程的人估计知道，在jdk5之前,在多线程编程的时候，为了保证多个线程对一个对象同时进行访问时,我们需要加同步锁synchronized,保证对象的在使用时的正确性，但是加锁的机制会导致如下几个问题

    1.加多线程竞争下，加锁和释放锁会导致较多的上下文切换，引起性能问题。

    2.多线程可以导致死锁的问题。

    3.多线程持有的锁会导致其他需要此锁的线程挂起。

    4......

CAS(Compare and Swap)无锁算法：英文全称翻译==比较与交换，是一种非阻塞无锁算法。既然是无所就不会出现线程阻塞。CAS的语义是“我认为V的值应该为A，如果是，那么将V的值更新为B，否则不修改并告诉V的值实际为多少”，CAS是项 乐观锁 技术，当多个线程尝试使用CAS同时更新同一个变量时，只有其中一个线程能更新变量的值，而其它线程都失败，失败的线程并不会被挂起，而是被告知这次竞争中失败，并可以再次尝试。CAS有3个操作数，内存值V，旧的预期值A，要修改的新值B。当且仅当预期值A和内存值V相同时，将内存值V修改为B，否则什么都不做。

我曾经在一家做p2p系统的公司呆过，而系统很多部分基于版本记录机制实现的。即为数据增加一个版本标识，一般在表中添加一个version字段， 读取出数据时，将此版本号一同读出，之后更新时，对版本号进行比对，如果当前版本号与数据库一致，则对数据(version字段进行加1操作)进行更新，否则，认为数据过期，不予处理。

自旋锁：自旋锁与互斥锁比较类似，它们都是为了解决对某项资源的互斥使用。无论是互斥锁，还是自旋锁，在任何时刻，最多只能有一个保持者，也就说，在任何时刻最多只能有一个执行单元获得锁。但是两者在调度机制上略有不同。对于互斥锁，如果资源已经被占用，资源申请者只能进入睡眠状态。但是自旋锁不会引起调用者睡眠，如果自旋锁已经被别的执行单元保持，调用者就一直循环在那里看是否该自旋锁的保持者已经释放了锁，"自旋"一词就是因此而得名。

JUC包中的锁

相比同步锁，JUC包中的锁的功能更加强大，它为锁提供了一个框架，该框架允许更灵活地使用锁，只是它的用法更难罢了。

　　JUC包中的锁，包括：Lock接 口，ReadWriteLock接口，LockSupport阻塞原语，Condition条 件，AbstractOwnableSynchronizer/AbstractQueuedSynchronizer /AbstractQueuedLongSynchronizer三个抽象类，ReentrantLock独占 锁，ReentrantReadWriteLock读写锁。由于CountDownLatch，CyclicBarrier和Semaphore也是通过 AQS来实现的；因此，我也将它们归纳到锁的框架中进行介绍。

 

　　先看看锁的框架图，如下所示。

 

 

01. Lock接口

 

　　JUC包中的 Lock 接口支持那些语义不同(重入、公平等)的锁规则。所谓语义不同，是指锁可是有"公平机制的锁"、"非公平机制的锁"、"可重入的锁"等等。"公平机制"是 指"不同线程获取锁的机制是公平的"，而"非公平机制"则是指"不同线程获取锁的机制是非公平的"，"可重入的锁"是指同一个锁能够被一个线程多次获取。

 

 

 

02. ReadWriteLock

 

　　ReadWriteLock 接口以和Lock类似的方式定义了一些读取者可以共享而写入者独占的锁。JUC包只有一个类实现了该接口，即 ReentrantReadWriteLock，因为它适用于大部分的标准用法上下文。但程序员可以创建自己的、适用于非标准要求的实现。

 

 

 

03. AbstractOwnableSynchronizer/AbstractQueuedSynchronizer/AbstractQueuedLongSynchronizer
　　AbstractQueuedSynchronizer就是被称之为AQS的 类，它是一个非常有用的超类，可用来定义锁以及依赖于排队阻塞线程的其他同步 器；ReentrantLock，ReentrantReadWriteLock，CountDownLatch，CyclicBarrier和 Semaphore等这些类都是基于AQS类实现的。AbstractQueuedLongSynchronizer 类提供相同的功能但扩展了对同步状态的 64 位的支持。两者都扩展了类 AbstractOwnableSynchronizer（一个帮助记录当前保持独占同步的线程的简单类）。

 

04. LockSupport
　　LockSupport提供“创建锁”和“其他同步类的基本线程阻塞原语”。
　　LockSupport的功能和"Thread中的Thread.suspend()和Thread.resume()有点类 似"，LockSupport中的park() 和 unpark() 的作用分别是阻塞线程和解除阻塞线程。但是park()和unpark()不会遇到“Thread.suspend 和 Thread.resume所可能引发的死锁”问题。

 

 

 

05. Condition
　　Condition需要和Lock联合使用，它的作用是代替Object监视器方法，可以通过await(),signal()来休眠/唤醒线程。
Condition 接口描述了可能会与锁有关联的条件变量。这些变量在用法上与使用 Object.wait 访问的隐式监视器类似，但提供了更强大的功能。需要特别指出的是，单个 Lock 可能与多个 Condition 对象关联。为了避免兼容性问题，Condition 方法的名称与对应的 Object 版本中的不同。

 

 

 

　　06. ReentrantLock
　　ReentrantLock是独占锁。所谓独占锁，是指只能被独自占领，即同一个时间点只能被一个线程锁获取到的锁。ReentrantLock锁包 括"公平的ReentrantLock"和"非公平的ReentrantLock"。"公平的ReentrantLock"是指"不同线程获取锁的机制是 公平的"，而"非公平的　　ReentrantLock"则是指"不同线程获取锁的机制是非公平的"，ReentrantLock是"可重入的锁"。
　　ReentrantLock的UML类图如下：

 

 

　　(01) ReentrantLock实现了Lock接口。
　　(02) ReentrantLock中有一个成员变量sync，sync是Sync类型；Sync是一个抽象类，而且它继承于AQS。
　　(03) ReentrantLock中有"公平锁类"FairSync和"非公平锁类"NonfairSync，它们都是Sync的子类。 ReentrantReadWriteLock中sync对象，是FairSync与NonfairSync中的一种，这也意味着 ReentrantLock是"公平锁"或"非公平锁"中的一种，ReentrantLock默认是非公平锁。

 

 

 

07. ReentrantReadWriteLock
　　ReentrantReadWriteLock是读写锁接口ReadWriteLock的实现类，它包括子类ReadLock和WriteLock。ReentrantLock是共享锁，而WriteLock是独占锁。
　　ReentrantReadWriteLock的UML类图如下：

 

　　(01) ReentrantReadWriteLock实现了ReadWriteLock接口。
　　(02) ReentrantReadWriteLock中包含sync对象，读锁readerLock和写锁writerLock。读锁ReadLock和写锁WriteLock都实现了Lock接口。
　　(03) 和"ReentrantLock"一样，sync是Sync类型；而且，Sync也是一个继承于AQS的抽象类。Sync也包括"公平锁"FairSync和"非公平锁"NonfairSync。

 

08. CountDownLatch
　　CountDownLatch是一个同步辅助类，在完成一组正在其他线程中执行的操作之前，它允许一个或多个线程一直等待。
　　CountDownLatch的UML类图如下：

 

　　CountDownLatch包含了sync对象，sync是Sync类型。CountDownLatch的Sync是实例类，它继承于AQS。

 

 

 

09. CyclicBarrier
　　CyclicBarrier是一个同步辅助类，允许一组线程互相等待，直到到达某个公共屏障点 (common barrier point)。因为该 barrier 在释放等待线程后可以重用，所以称它为循环 的 barrier。
　　CyclicBarrier的UML类图如下：

 

　　CyclicBarrier是包含了"ReentrantLock对象lock"和"Condition对象trip"，它是通过独占锁实现的。
　　CyclicBarrier和CountDownLatch的区别是：
　　(01) CountDownLatch的作用是允许1或N个线程等待其他线程完成执行；而CyclicBarrier则是允许N个线程相互等待。
　　(02) CountDownLatch的计数器无法被重置；CyclicBarrier的计数器可以被重置后使用，因此它被称为是循环的barrier。

 

 

 

10. Semaphore
　　Semaphore是一个计数信号量，它的本质是一个"共享锁"。
　　信号量维护了一个信号量许可集。线程可以通过调用acquire()来获取信号量的许可；当信号量中有可用的许可时，线程能获取该许可；否则线程必须等待，直到有可用的许可为止。 线程可以通过release()来释放它所持有的信号量许可。
　　Semaphore的UML类图如下：

 

　　和"ReentrantLock"一样，Semaphore包含了sync对象，sync是Sync类型；而且，Sync也是一个继承于AQS的抽象类。Sync也包括"公平信号量"FairSync和"非公平信号量"NonfairSync。

 

 ------更多请参考《Java多线程系列--“JUC锁”01之 框架》

 

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