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关于java:JAVA并发编程锁专题

作者：

jiezi

在

1.锁之偏心锁与非偏心锁

2.可重入锁（递归锁）

3.自旋锁

4.读锁写锁

1.锁之偏心锁与非偏心锁
咱们先来理解一下，最根本的偏心锁和非偏心锁：

偏心锁：指多个线程按申请锁的程序来获取锁，相似排队打饭，先来后到。

非偏心锁：指多个线程获取锁的程序并不是依照申请的程序，有可能后申请的线程优先获取锁，在高并发的状况下，可能会造成优先级反转或者饥饿景象（饥饿景象就是线程永远获取不到锁）。

而对于JAVA罕用的ReentrantLock和synchronize锁而言，是偏心锁还是非偏心锁呢？

咱们先来看一下ReentrantLock的构造方法

Lock lock = new ReentrantLock();
/**
     * Creates an instance of {@code ReentrantLock}.
     * This is equivalent to using {@code ReentrantLock(false)}.
     */
    public ReentrantLock() {
    //默认为非偏心锁
        sync = new NonfairSync();
    }

    /**
     * Creates an instance of {@code ReentrantLock} with the
     * given fairness policy.
     *
     * @param fair {@code true} if this lock should use a fair ordering policy
     */
    public ReentrantLock(boolean fair) {
    //如果传入为true，则是偏心锁，正文说会应用先来后到的排序策略
        sync = fair ? new FairSync() : new NonfairSync();
    }

接下来咱们再看一下synchronize关键字是偏心锁还是非偏心锁：

咱们先定义一个synchronize办法

    public static synchronized void method01() {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "method01");
    }
    public static synchronized void method01() {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "method01");
    }

接下来咱们循环启动多个线程，如果线程的编号是依照程序执行的，则证实synchronize是偏心锁，如果线程的编号是乱序执行的，则证实synchronize是非偏心锁。

        for(int i =1;i<=10;i++){
            new Thread(()->{method01();},"t"+i).start();
        }

执行后果如下：

咱们能够得出，synchronized也是非偏心锁。

2.可重入锁（递归锁）
可重入锁 递归锁
可重入锁又叫递归锁，指的是同一线程在外层获取锁的时候，在进入内层办法会主动获取锁。是一种不会对其本身进行阻塞的锁，我晓得这么说比拟形象，接下来咱们间隔进行阐明。

咱们先写两个同步办法A和B，其中A调用B，如果锁是不可重入锁，因为线程调用办法A时，曾经获取锁，就没有方法获取办法B的锁了，然而可重入锁的话，线程调用同步办法A，办法A调用同步办法B，此时主动获取锁。


    public static synchronized void method01() {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "method01");
        method02();
    }

    public static synchronized void method02() {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "method02");
    }
    
new Thread(()->{method01();},"t1").start();

此时，线程不会造成死锁，而是顺利执行办法A和办法B

接下来，咱们用ReentrantLock来示范一下可重入锁：

//咱们应用这种模板来应用ReentrantLock
        lock.lock();
        try {
            //这里是办法体
        } finally {
            lock.unlock();
        }

咱们新建一个phone对象，应用ReentrantLock，而后再用一个同步办法调用另外一个同步办法

public class Phone implements Runnable {

    Lock lock = new ReentrantLock();

    public void methodA() {
        lock.lock();
        try {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "method01");
            methodB();
        } finally {
            lock.unlock();
        }

    }

    public void methodB() {
        lock.lock();
        try {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "method02");
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }

    @Override
    public void run() {
        methodA();
    }
}
        Phone phone = new Phone();
        new Thread(phone, "t1").start();
        new Thread(phone, "t2").start();
        new Thread(phone, "t3").start();
        new Thread(phone, "t4").start();

运行后果为：

能够看出，是可重入锁，而且并没有死锁。

然而如果此时，咱们批改一下办法会怎么样？

        //两个lock
  public void methodA() {
        lock.lock();
        lock.lock();
        try {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "method01");
            methodB();
        } finally {
        //两个unlock
            lock.unlock();
            lock.unlock();
        }
    }

此时也能失常运行，然而如果加锁lock和解锁unlock的次数不一样，那就没有方法持续运行了，程序会死锁。

3.自旋锁

自旋锁咱们在之前在介绍CAS的时候 JAVA并发编程——CAS概念以及ABA问题 介绍过，他指的是尝试获取锁的线程不会立刻阻塞，而是采纳循环的形式去获取锁，这样的益处是缩小上下文切换的耗费，毛病是会耗费CPU。

   public final int getAndAddInt(Object var1, long var2, int var4) {
        int var5;
        do {
            var5 = this.getIntVolatile(var1, var2);
            //在获取到正确的值之前始终循环
        } while(!this.compareAndSwapInt(var1, var2, var5, var5 + var4));

        return var5;
    }

接下来咱们将用代码来自行模仿一把自旋锁：

首先，咱们须要一个原子援用类：

    AtomicReference<Thread> atomicReference = new AtomicReference<>();

因为咱们等等要用到atomicReference的compareAndSet办法，再者对锁进行加锁和解锁的主体是线程，因为是线程获取锁，所以泛型是线程。

接下来定义一个加锁和解锁办法，利用自旋的形式加锁：

     public void myLock() {
        Thread thread = Thread.currentThread();
        //先获取以后线程
        //1.如果援用类没有线程，则替换
        //替换后返回值为true，因为加了取反，导致为false，跳出循环，加锁胜利
        //2.如果原子援用类有线程，则返回false
        //取反后取得true，就能够有始终循环自旋的成果
        while (!atomicReference.compareAndSet(null, thread)) {

        }
        System.out.println(thread.getName() + " \t get lock!");
    }

    public void unLock() {
        Thread thread = Thread.currentThread();
        atomicReference.compareAndSet(thread, null);
        System.out.println(thread.getName() + " \t unlock!");
    }

接下来咱们新建两个线程运行一下

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

        new Thread(() -> {
            spinLockDemo.myLock();//加锁
            try {
               //五秒钟之类，第二个线程无奈进入
                Thread.sleep(5000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            spinLockDemo.unLock();//解锁
        }, "t1").start();

        new Thread(() -> {
            spinLockDemo.myLock();//加锁
            spinLockDemo.unLock();//解锁
        }, "t2").start();

    }

运行后果为：

4.读锁写锁

此时咱们引入一个新的概念：读写锁。

从后面几种锁的应用和介绍状况来看，咱们每次只容许一个线程通过，其实效率还是挺多的，从实在的开发业务场景进行剖析，其实很多时候，只有保障写操作的排他性，无需保障读操作的排他性。
接下来咱们来模仿一遍读写锁，模仿一个键值对的缓存，应用读写锁

咱们要用到一个及其重要的类：

//它有一个lock.writeLock().lock()和lock.readLock().lock()
//办法，能够保障读操作的共享性和写操作的排他性。
ReentrantReadWriteLock lock = new ReentrantReadWriteLock();

咱们来书写一个Map，用来当缓存空间，而后读写锁对该缓存进行操作。

//因为是多线程操作,记得保障它的可见性，必须采纳volatile。
private volatile Map<String, Object> map = new HashMap<>();

接下来就是最重要的读和写操作：

 /**
     * 写操作  原子性 独占性
     *
     * @param key
     * @param value
     * @throws InterruptedException
     */
    public void put(String key, Object value) throws InterruptedException {
        //应用写锁
        lock.writeLock().lock();
        try {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\t 正在写入" + key);
            Thread.sleep(1000);
            map.put(key, value);
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\t 写入实现");
        } finally {
            lock.writeLock().unlock();
        }
    }

    /**
     * 共享性，工夫不等
     *
     * @param key
     * @return
     * @throws InterruptedException
     */
    public Object get(String key) throws InterruptedException {
        //应用读锁
        lock.readLock().lock();
        try {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\t 正在读取" + key);
            Thread.sleep(1000);
            Object object = map.get(key);
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\t 读取实现" + "对象为" + object.toString());
            return object;
        } finally {
            lock.readLock().unlock();
        }
    }

接下来咱们试着运行一下：

 public static void main(String[] args) {
        CacheDemo cacheDemo = new CacheDemo();
        //五个线程写，五个线程读，保障读互斥，写共享
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            final int temp = i;
            new Thread(() -> {
                try {
                    cacheDemo.put(temp + "", temp + "");
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }, "t1").start();
        }
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            final int temp = i;
            new Thread(() -> {
                try {
                    cacheDemo.get(temp + "");
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }, "t2").start();
        }
    }

从运行后果发现，写操作时，会一个一个线程进行写入，因为应用了sleep办法，会有显著的距离，实现一个再运行下一个，然而读线程因为是共享锁，就会一口气全副执行，依照工夫片轮转法，获取工夫片的线程随便进行读取。

总结：
总1.偏心锁：指多个线程按申请锁的程序来获取锁，相似排队打饭，先来后到。
**2.非偏心锁：指多个线程获取锁的程序并不是依照申请的程序，有可能后申请的线程优先获取锁，在高并发的状况下，可能会造成优先级反转或者饥饿景象（饥饿景象就是线程永远获取不到锁）。
3.可重入锁：可重入锁又叫递归锁，指的是同一线程在外层获取锁的时候，在进入内层办法会主动获取锁。是一种不会对其本身进行阻塞的锁。
4.自旋锁：他指的是尝试获取锁的线程不会立刻阻塞，而是采纳循环的形式去获取锁，这样的益处是缩小上下文切换的耗费，毛病是会耗费CPU。
5.读写锁：保障写操作的排他性，无需保障读操作的排他性，保证系统吞吐量。

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