java锁的各类锁

原创

shigen

发布于 2023-07-31 15:39:44

1840

发布于 2023-07-31 15:39:44

文章被收录于专栏：shigen的学习笔记shigen的学习笔记

可重入锁

递归锁，同一个线程，外层函数获得锁，内层的也获得锁。

`synchronized`

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

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

`ReentrantLock`

lock和unlock必须成对的出现，不成对出现会使程序不能结束

  private void get() {
    try {
      lock.lock();
      System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " get.....");
      set();
    } catch (Exception e) {
      e.printStackTrace();
    } finally {
      lock.unlock();
    }
  }

  private void set() throws Exception {
    try {
      lock.lock();
      System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " set.....");
    } finally {
      lock.unlock();
    }

自旋锁

获得锁的线程不会立即的阻塞，而是采用循环的方式获得锁，减少了线程上下文的切换，会循环消耗CPU资源

public class SpinLockDemo {

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

  public void myLock() {
    Thread thread = Thread.currentThread();
    System.out.println(thread.getName() + " come in.......");
    while (!atomicReference.compareAndSet(null, thread)) {

    }
  }

  public void myUnLock() {
    Thread thread = Thread.currentThread();
    atomicReference.compareAndSet(thread, null);
    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " myUnlock()....");
  }


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

    new Thread(() -> {
      lockDemo.myLock();
      try {
        TimeUnit.SECONDS.sleep(5);
      } catch (InterruptedException e) {
        e.printStackTrace();
      }
      lockDemo.myUnLock();
    }, "AA").start();

    try {
      TimeUnit.SECONDS.sleep(5);
    } catch (InterruptedException e) {
      e.printStackTrace();
    }
    new Thread(() -> {
      lockDemo.myLock();
      lockDemo.myUnLock();
    }, "BB").start();

  }

}

共享锁和独占锁

class MyCache {
  // 保证可见性
  private volatile Map<String, Object> map = new HashMap<>();
  // 保证了原子性，但是不能读
  // private Lock lock = new ReentrantLock();
  private ReadWriteLock readWriteLock = new ReentrantReadWriteLock();

  public void put(String key, Object value) {
    readWriteLock.writeLock().lock();
    try {
      System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "   写入....");
      TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
      map.put(key, value);
      System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " finished 写入....");
    } catch (Exception e) {
      e.printStackTrace();
    } finally {
      readWriteLock.writeLock().unlock();
    }
  }

  public Object get(String key) {
    readWriteLock.readLock().lock();
    try {
      System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 读取.....");
      TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
      Object o = map.get(key);
      System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " finished 读取.....");
      return o;
    } catch (Exception e) {
      e.printStackTrace();
    } finally {
      readWriteLock.readLock().unlock();
    }
    return null;
  }

}


public class ReadWriteDemo {

  public static void main(String[] args) {
    MyCache myCache = new MyCache();

    for (int i = 0; i < 5; i++) {
      final int tempInt = i;
      new Thread(() -> {
        myCache.put(tempInt + "", tempInt + "");
      }, String.valueOf(i)).start();
    }

    for (int i = 0; i < 5; i++) {
      final int tempInt = i;
      new Thread(() -> {
        myCache.get(tempInt + "");
      }, String.valueOf(i)).start();
    }
  }

}

0   写入....
0 finished 写入....
1   写入....
1 finished 写入....
2   写入....
2 finished 写入....
3   写入....
3 finished 写入....
4   写入....
4 finished 写入....
0 读取.....
1 读取.....
3 读取.....
2 读取.....
4 读取.....
2 finished 读取.....
0 finished 读取.....
1 finished 读取.....
3 finished 读取.....
4 finished 读取.....

写保证顺序，但是读不保证顺序

`CountDownLatch`

使用原理

创建CountDownLatch并设置计数器值。
启动多线程并且调用CountDownLatch实例的countDown()方法。
主线程调用 await() 方法，这样主线程的操作就会在这个方法上阻塞，直到其他线程完成各自的任务，count值为0，停止阻塞，主线程继续执行。

使用场景

一个程序中有N个任务在执行，我们可以创建值为N的CountDownLatch，当每个任务完成后，调用一下countDown()方法进行递减count值，再在主线程中使用await()方法等待任务执行完成，主线程继续执行。

public class CountDownLatchDemo {

  public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
    CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(6);
		// 等待所有人离开教室案例
    for (int i = 1; i <= 6; i++) {
      new Thread(() -> {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 离开教室....");
        // * Decrements the count of the latch, releasing all waiting threads if
        // * the count reaches zero.
        countDownLatch.countDown();
      }, CountryEnum.getName(i)).start();
    }
    // Causes the current thread to wait until the latch has counted down to
    // * zero, unless the thread is {@linkplain Thread#interrupt interrupted}.
    countDownLatch.await();
    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " ********关闭");
    // closeDoor();
  }

  public static void closeDoor() throws InterruptedException {
    CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(6);

    for (int i = 0; i < 6; i++) {
      new Thread(() -> {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 离开教室....");
        countDownLatch.countDown();
      }, String.valueOf(i)).start();
    }
    countDownLatch.await();
    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " ********关闭");
  }

  enum CountryEnum {
    ONE(1, "齐"), TWO(2, "楚"), THREE(3, "燕"), FOUR(4, "赵"), FIVE(5, "魏"), SIX(6, "韩");


    CountryEnum(Integer code, String msg) {
      this.code = code;
      this.msg = msg;
    }

    private Integer code;
    private String msg;

    public Integer getCode() {
      return code;
    }

    public String getMsg() {
      return msg;
    }

    public static String getName(int index) {
      CountryEnum[] values = CountryEnum.values();
      for (CountryEnum value : values) {
        if (index == value.getCode()) {
          return value.getMsg();
        }
      }
      return null;
    }
  }

}

`CyclicBarrier`

7个线程是随机的，当运行完毕之后，才会执行cyclicBarrier的回调函数

  public static void main(String[] args) {
    CyclicBarrier cyclicBarrier = new CyclicBarrier(7, ()-> System.out.println("完成收集....."));

    for (int i = 0; i < 7; i++) {
      new Thread(() -> {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 开始.....");

        try {
          cyclicBarrier.await();
        } catch (InterruptedException | BrokenBarrierException e) {
          e.printStackTrace();
        }
      }, String.valueOf(i)).start();
    }

  }

CyclicBarrier和CountDownLatch的区别
CountDownLatch的计数器只能使用一次，而CyclicBarrier的计数器可以使用reset()方法重置，可以使用多次，所以CyclicBarrier能够处理更为复杂的场景； CyclicBarrier还提供了一些其他有用的方法，比如getNumberWaiting()方法可以获得CyclicBarrier阻塞的线程数量，isBroken()方法用来了解阻塞的线程是否被中断； CountDownLatch允许一个或多个线程等待一组事件的产生，而CyclicBarrier用于等待其他线程运行到栅栏位置。

`Semaphore`

一个或多个资源的互斥作用，使用时需要先构建一个参数来指定共享资源的数量，Semaphore构造完成后即是获取Semaphore、共享资源使用完毕后释放Semaphore。

    // 模拟三个停车位
    Semaphore semaphore = new Semaphore(3);
    for (int i = 0; i < 6; i++) {
      new Thread(() -> {
        try {
          semaphore.acquire();
          System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "  获得车位");
          TimeUnit.SECONDS.sleep(3);
          System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "  离开");
        } catch (Exception e) {
          e.printStackTrace();
        } finally {
          semaphore.release();
        }
      }, String.valueOf(i)).start();
    }

阻塞队列

BlockingQueue

	抛出异常	特殊值	阻塞	超时
插入	Add(e)	Offer	put	Offer
移除	Remove()	Pull	Take	Pull
检查	Element()	Peak

`SynchronousQueue`

单个元素的队列，不消费不生产

    SynchronousQueue<String> synchronousQueue = new SynchronousQueue<>();

    new Thread(() -> {
      try {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "put aa");
        synchronousQueue.put("aa");
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "put bb");
        synchronousQueue.put("bb");
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "put cc");
        synchronousQueue.put("cc");
      }catch (Exception e) {
        e.printStackTrace();
      }
    }, "aaa").start();

    new Thread(() -> {
      try {
        TimeUnit.SECONDS.sleep(5);
        System.out.println(synchronousQueue.take());
        TimeUnit.SECONDS.sleep(5);
        System.out.println(synchronousQueue.take());
        TimeUnit.SECONDS.sleep(5);
        System.out.println(synchronousQueue.take());
      }catch (Exception e) {
        e.printStackTrace();
      }
    }, "bbb").start();

线程通信生产者消费者

class Sharedata {

  private int number = 0;
  private Lock lock = new ReentrantLock();
  private Condition condition = lock.newCondition();

  public void increment() {
    lock.lock();
    try {
      // 1.判断
      while (number != 0) {
        // 等待，不生产
        condition.await();
      }
      // 2.干活儿
      number++;
      System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 生产 " + number);
      // 3.唤醒
      condition.signal();
    } catch (Exception e) {
      e.printStackTrace();
    } finally {
      lock.unlock();
    }
  }

  public void decrement() {
    lock.lock();
    try {
      // 1.判断
      while (number == 0) {
        // 等待，不生产
        condition.await();
      }
      // 2.干活儿
      number--;
      System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 消费 " + number);
      // 3.唤醒
      condition.signal();
    } catch (Exception e) {
      e.printStackTrace();
    } finally {
      lock.unlock();
    }
  }
}

多线程的判断用while if只适合两个线程的判断

synchronized和lock的区别

参考文章

存在层次上

synchronized: Java的关键字，在jvm层面上

Lock: 是一个接口

锁的释放

synchronized:

1、以获取锁的线程执行完同步代码，释放锁

2、线程执行发生异常，jvm会让线程释放锁

Lock: 在finally中必须释放锁，不然容易造成线程死锁

锁的获取

synchronized: 假设A线程获得锁，B线程等待。如果A线程阻塞，B线程会一直等待

Lock: 分情况而定，Lock有多个锁获取的方式，大致就是可以尝试获得锁，线程可以不用一直等待(可以通过tryLock判断有没有锁)

锁的释放（死锁产生）

synchronized: 在发生异常时候会自动释放占有的锁，因此不会出现死锁

Lock: 发生异常时候，不会主动释放占有的锁，必须手动unlock来释放锁，可能引起死锁的发生

锁的状态

synchronized: 无法判断

Lock: 可以判断

锁的类型

synchronized: 可重入不可中断非公平

Lock: 可重入可判断可公平（两者皆可）

性能

synchronized: 少量同步

Lock: 大量同步

Lock可以提高多个线程进行读操作的效率。（可以通过readwritelock实现读写分离）
在资源竞争不是很激烈的情况下，Synchronized的性能要优于ReetrantLock，但是在资源竞争很激烈的情况下，Synchronized的性能会下降几十倍，但是ReetrantLock的性能能维持常态；
ReentrantLock提供了多样化的同步，比如有时间限制的同步，可以被Interrupt的同步（synchronized的同步是不能Interrupt的）等。在资源竞争不激烈的情形下，性能稍微比synchronized差点点。但是当同步非常激烈的时候，synchronized的性能一下子能下降好几十倍。而ReentrantLock确还能维持常态。

调度

synchronized: 使用Object对象本身的wait 、notify、notifyAll调度机制

Lock: 可以使用Condition进行线程之间的调度

用法

synchronized: 在需要同步的对象中加入此控制，synchronized可以加在方法上，也可以加在特定代码块中，括号中表示需要锁的对象。

Lock: 一般使用ReentrantLock类做为锁。在加锁和解锁处需要通过lock()和unlock()显示指出。所以一般会在finally块中写unlock()以防死锁。

底层实现

synchronized: 底层使用指令码方式来控制锁的，映射成字节码指令就是增加来两个指令：monitorenter和monitorexit。当线程执行遇到monitorenter指令时会尝试获取内置锁，如果获取锁则锁计数器+1，如果没有获取锁则阻塞；当遇到monitorexit指令时锁计数器-1，如果计数器为0则释放锁。

Lock: 底层是CAS乐观锁，依赖AbstractQueuedSynchronizer类，把所有的请求线程构成一个CLH队列。而对该队列的操作均通过Lock-Free（CAS）操作。

循环打印

a,b,c三个线程的循环调用，每个线程分别打印10次，部分面试会考到

class Shareresource {

  // a=1,b=2,c=3
  private int number = 1;
  private Lock lock = new ReentrantLock();
  private Condition c1 = lock.newCondition();
  private Condition c2 = lock.newCondition();
  private Condition c3 = lock.newCondition();

  public void print5() {
    try {
      lock.lock();
      // 判断
      while (number != 1) {
        c1.await();
      }
      for (int i = 0; i < 5; i++) {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " " + i);
      }
      // 通知
      number = 2;
      c2.signal();
    } catch (Exception e) {
      e.printStackTrace();
    } finally {
      lock.unlock();
    }
  }

  public void print10() {
    try {
      lock.lock();
      while (number != 2) {
        c2.await();
      }
      for (int i = 0; i < 10; i++) {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " " + i);
      }
      // 通知
      number = 3;
      c3.signal();
    } catch (Exception e) {
      e.printStackTrace();
    } finally {
      lock.unlock();
    }
  }

  public void print15() {
    try {
      lock.lock();
      while (number != 3) {
        c3.await();
      }
      for (int i = 0; i < 15; i++) {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " " + i);
      }
      // 通知
      number = 1;
      c1.signal();
    } catch (Exception e) {
      e.printStackTrace();
    } finally {
      lock.unlock();
    }
  }
}

原创声明：本文系作者授权腾讯云开发者社区发表，未经许可，不得转载。

如有侵权，请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除。

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