『互联网架构』软件架构-分布式系列并发编程Lock锁和Tools限制(30)

 虽然多线程编程极大地提高了效率,但是也会带来一定的隐患。比如说两个线程同时往一个数据库表中插入不重复的数据,就可能会导致数据库中插入了相同的数据。今天我们就来一起讨论下线程安全问题,以及Java中提供了什么机制来解决线程安全问题。源码:https://github.com/limingios/netFuture/blob/master/JSR133中文版.pdf

synchronized & Volatile

JSR133 http://www.cs.umd.edu/~pugh/java/memoryModel FIFO( First Input First Output)简单说就是指先进先出。

  • 什么是对象锁

对象锁也叫方法锁,是针对一个对象实例的,它只在该对象的某个内存位置声明一个标识该对象是否拥有锁,所有它只会锁住当前的对象,而并不会对其他对象实例的锁产生任何影响,不同对象访问同一个被synchronized修饰的方法的时候不会阻塞,

  • 什么是类琐

类锁是锁住整个类,当有多个线程来声明这个类的对象时候将会被阻塞,直到拥有这个类锁的对象呗销毁或者主动释放了类锁,这个时候在被阻塞的线程被挑选出一个占有该类锁,声明该类的对象。其他线程继续被阻塞住。

(上面百度的),即一句话,不管多少个对象,多少个对象,共用一把多,且只有一把,不管怎么调用,都会同步

synchronized

在了解synchronized关键字的使用方法之前,我们先来看一个概念:互斥锁,顾名思义:能到达到互斥访问目的的锁。

1.举个简单的例子:如果对临界资源加上互斥锁,当一个线程在访问该临界资源时,其他线程便只能等待。 2.在Java中,每一个对象都拥有一个锁标记(monitor),也称为监视器,多线程同时访问某个对象时,线程只有获取了该对象的锁才能访问。 3.在Java中,可以使用synchronized关键字来标记一个方法或者代码块,当某个线程调用该对象的synchronized方法或者访问synchronized代码块时,这个线程便获得了该对象的锁,其他线程暂时无法访问这个方法,只有等待这个方法执行完毕或者代码块执行完毕,这个线程才会释放该对象的锁,其他线程才能执行这个方法或者代码块。

 不过有几点需要注意:

  1)当一个线程正在访问一个对象的synchronized方法,那么其他线程不能访问该对象的其他synchronized方法。这个原因很简单,因为一个对象只有一把锁,当一个线程获取了该对象的锁之后,其他线程无法获取该对象的锁,所以无法访问该对象的其他synchronized方法。

  2)当一个线程正在访问一个对象的synchronized方法,那么其他线程能访问该对象的非synchronized方法。这个原因很简单,访问非synchronized方法不需要获得该对象的锁,假如一个方法没用synchronized关键字修饰,说明它不会使用到临界资源,那么其他线程是可以访问这个方法的,

  3)如果一个线程A需要访问对象object1的synchronized方法fun1,另外一个线程B需要访问对象object2的synchronized方法fun1,即使object1和object2是同一类型),也不会产生线程安全问题,因为他们访问的是不同的对象,所以不存在互斥问题。

对于synchronized方法或者synchronized代码块,当出现异常时,JVM会自动释放当前线程占用的锁,因此不会由于异常导致出现死锁现象

volatile

一旦一个共享变量(类的成员变量、类的静态成员变量)被volatile修饰之后,那么就具备了两层语义:

  1)保证了不同线程对这个变量进行操作时的可见性,即一个线程修改了某个变量的值,这新值对其他线程来说是立即可见的。

  2)禁止进行指令重排序。

synchronized关键字是防止多个线程同时执行一段代码,那么就会很影响程序执行效率,而volatile关键字在某些情况下性能要优于synchronized,但是要注意volatile关键字是无法替代synchronized关键字的,因为volatile关键字无法保证操作的原子性。通常来说,使用volatile必须具备以下2个条件:

  1)对变量的写操作不依赖于当前值

  2)该变量没有包含在具有其他变量的不变式中

  实际上,这些条件表明,可以被写入 volatile 变量的这些有效值独立于任何程序的状态,包括变量的当前状态。

ReentrantLock

在JDK5.0版本之前,重入锁的性能远远好于synchronized关键字,JDK6.0版本之后synchronized 得到了大量的优化,二者性能也不分伯仲,但是重入锁是可以完全替代synchronized关键字的。除此之外,重入锁又自带一系列高逼格UBFF:可中断响应、锁申请等待限时、公平锁。另外可以结合Condition来使用,使其更是逼格满满。

  • 公平锁

公平锁每次都是从同步队列中的第一个节点获取到锁,公平锁每次获取到锁为同步队列中的第一个节点,保证请求资源时间上的绝对顺序。公平锁为了保证时间上的绝对顺序,需要频繁的上下文切换,而非公平锁会降低一定的上下文切换,降低性能开销。因此,ReentrantLock默认选择的是非公平锁,则是为了减少一部分上下文切换,保证了系统更大的吞吐量。

  • 非公平锁

非公平性锁则不一定,有可能刚释放锁的线程能再次获取到锁。公平锁有可能刚释放锁的线程下次继续获取该锁,则有可能导致其他线程永远无法获取到锁,造成“饥饿”现象。

提供了一个基于FIFO队列,可以用于构建锁或者其他相关同步装置的基础框架。该同步器(以下简称同步器)利用了一个int来表示状态,期望它能够成为实现大部分同步需求的基础。使用的方法是继承,子类通过继承同步器并需要实现它的方法来管理其状态,管理的方式就是通过类似acquire和release的方式来操纵状态。然而多线程环境中对状态的操纵必须确保原子性,因此子类对于状态的把握,需要使用这个同步器提供的以下三个方法对状态进行操作:

java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedSynchronizer.getState()java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedSynchronizer.setState(int)java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedSynchronizer.compareAndSetState(int, int)

子类推荐被定义为自定义同步装置的内部类,同步器自身没有实现任何同步接口,它仅仅是定义了若干acquire之类的方法来供使用。该同步器即可以作为排他模式也可以作为共享模式,当它被定义为一个排他模式时,其他线程对其的获取就被阻止,而共享模式对于多个线程获取都可以成功。 同步器是实现锁的关键,利用同步器将锁的语义实现,然后在锁的实现中聚合同步器。可以这样理解:锁的API是面向使用者的,它定义了与锁交互的公共行为,而每个锁需要完成特定的操作也是透过这些行为来完成的(比如:可以允许两个线程进行加锁,排除两个以上的线程),但是实现是依托给同步器来完成;同步器面向的是线程访问和资源控制,它定义了线程对资源是否能够获取以及线程的排队等操作。锁和同步器很好的隔离了二者所需要关注的领域,严格意义上讲,同步器可以适用于除了锁以外的其他同步设施上(包括锁)。 AbstractQueuedSynchronizer又称为队列同步器(后面简称AQS),它是用来构建锁或其他同步组件的基础框架内部通过一个int类型的成员变量state来控制同步状态,当state=0时,则说明没有任何线程占有共享资源的锁,当state=1时,则说明有线程目前正在使用共享变量,其他线程必须加入同步队列进行等待,AQS内部通过内部类Node构成FIFO的同步队列来完成线程获取锁的排队工作,同时利用内部类ConditionObject构建等待队列,当Condition调用wait()方法后,线程将会加入等待队列中,而当Condition调用signal()方法后,线程将从等待队列转移动同步队列中进行锁竞争。注意这里涉及到两种队列,一种的同步队列,当线程请求锁而等待的后将加入同步队列等待,而另一种则是等待队列(可有多个),通过Condition调用await()方法释放锁后,将加入等待队列。

PS:理论比较多,重点好好看下,源码中分享的那个pdf,官网关于线程这块的介绍,国人已经翻译成了中文,很容易理解。

本文分享自微信公众号 - 编程坑太多(idig88)

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原始发表时间:2019-03-11

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