Java并发同步锁

作者: NengLee | 来源:发表于2020-12-29 19:53 被阅读0次

synchronized

如果某一个资源被多个线程共享，为了避免因为资源抢占导致资源数据错乱，我们需要对线程进行同步，那么synchronized就是实现线程同步的关键字，可以说在并发控制中是必不可少的部分

特性

原子性：如同事务要么全部执行，要么回滚最初，保证数据的准确性
可见性：多个线程需要访问一个资源的时候，具有该资源的状态、属性等都具有访问权限
有序性：在持锁的代码逻辑，具有先后顺序执行
可重入性：一个线程拥有了锁然而还可以重复申请锁

锁的是什么？

synchronized 可以修复方法、成员函数、静态方法、同时还有代码块，但是归根结底是锁什么？

Class类
new实体对象

private int num = 0;

@Test
public void testMain() throws InterruptedException {

    Thread thread1 = new Thread(new MyRunnable());
    Thread thread2 = new Thread(new MyRunnable());

    thread1.start();
    thread2.start();

    thread1.join();
    thread2.join();

    System.out.println(num);
}


class MyRunnable implements Runnable {
    
    //锁的对象
    private synchronized void add() {
        num++;
    }

    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 10000; i++) {
            add();
        }
    }
}

//  System.out.println(num);  1875

如果想要执行结果是 20000；怎么改？方法很多抓锁的本质锁谁，优化谁

锁对象

既然锁对象，那么就在多线程Thread执行同一个对象，搞定！

MyRunnable syMyRunnable= new MyRunnable();

Thread thread1 = new Thread(syMyRunnable);
Thread thread2 = new Thread(syMyRunnable);

//  System.out.println(num);  20000

锁对象，也可以在代码块里锁一个具体的对象，

private int num = 0;
private Object object = new Object();

@Test
public void testMain() throws InterruptedException {
    
    Thread thread1 = new Thread(new MyRunnable());
    Thread thread2 = new Thread(new MyRunnable());
    
    //....
}


private void add() {
    //锁代码块中的 唯一对象Object
    synchronized (object) {
        num++;
    }

}

//  System.out.println(num);  20000

锁类

如果想通过锁类，那么就保证Class为static静态即可

private static int num = 0; //静态变量

@Test
public void testMain() throws InterruptedException {

    Thread thread1 = new Thread(new MyRunnable());
    Thread thread2 = new Thread(new MyRunnable());

    thread1.start();
    thread2.start();

    thread1.join();
    thread2.join();

    System.out.println(num);
}

/**
*静态类
*/
static class MyRunnable implements Runnable {
    //静态函数
    private synchronized static void add() {
        num++;
    }

}

//  System.out.println(num);  20000

可以总结：

静态方法锁class类
非静态方法锁对象
当锁类的情况下，会把这个Class类下的所有变量、方法以及引用对象都所锁住，造成资源浪费
一般可锁不被引用的对象Object
synchronized是悲观锁
优点：使用简单、不用手动去管理
弊端：太重、锁的属性对象太多、容易造成死锁

CAS

是英文单词Compare And Swap的缩写，翻译过来就是比较并替换

CAS机制当中使用了3个基本操作数：内存地址原值V，旧的预期值A，要修改的新值B

原理操作是：比较 A 与 V 是否相等，如果比较相等，将 B 写入 V。（交换）返回操作是否成功。

当多个线程同时对某个资源进行CAS操作，只能有一个线程操作成功，但是并不会阻塞其他线程，其他线程只会收到操作失败的信号。

lock

public interface Lock {

    /**
     *  获取锁  
     */
    void lock();

    /**
     *  如果当前线程未被中断，则获取锁，可以响应中断
     */
    void lockInterruptibly() throws InterruptedException;

    /**
     * 仅在调用时锁为空闲状态才获取该锁，可以响应中断
     */
    boolean tryLock();

    /**
     * 如果锁在给定的等待时间内空闲，并且当前线程未被中断，则获取锁
     */
    boolean tryLock(long time, TimeUnit unit) throws InterruptedException;

    /**
     *  释放锁  
     */
    void unlock();

    /**
     *  返回绑定到此 Lock 实例的新 Condition   
     *  return：Condition接口实例 具有唤醒阻塞的线程
     */
    Condition newCondition();
}

获取锁

lock()
tryLock()
tryLock(long time, TimeUnit unit)
lockInterruptibly()

lock()

lock()就是用来获取锁，如果当前锁已被其他线程获取，则进入等待，采用lock()必须主动去释放锁，并且在发生异常时，不会自动释放，因此在使用时会try{},并且将释放操作放到finally

try{
    //处理任务
}catch(Exception ex){

}finally{
    //释放锁
    lock.unlock();   
}

tryLock() && tryLock(long time, TimeUnit unit)

tryLock() 方法具有返回值，用来尝试获取锁，如果获取成功返回True，如果获取失败说明此时锁已经被其他线程所占用，则返回false，也就是说这个方法无论如何都会立即返回，而并不是在那里自旋。
tryLock(long time, TimeUnit unit) 也是具有返回值，区别是拿不到锁会等待一定的时间，在时间内还拿不到锁，就返回false，同时响应中断，如果一开始拿到锁或者是在等待时间范围类拿到锁就直接返回True

if(lock.tryLock()) {
     try{
         //处理任务
     }catch(Exception ex){

     }finally{
         //释放锁
         lock.unlock();  
     } 
}else {
    //如果不能获取锁，则直接做其他事情
}

lockInterruptibly()

该方法比较特殊，就是当lockInterruptibly()去获取锁的时候，如果线程正在等待取锁，则这个线程能够响应中断，立即中断线程的等待状态，例如：当俩个线程同时通过lock.lockinterruptibly想获取某个锁时，此时Thread-A获取到了锁，而Thread-B只能等待，那么对线程B调用Thread-B.Lockinterruptibly就可以使得Thread-B中断等待过程。

public void method() throws InterruptedException {
    lock.lockInterruptibly();
    try {  
     //.....
    }
    finally {
        lock.unlock();
    }  
}

释放锁

unlock()

lock.unlock(); 合适的try{}地方进行释放

绑定用于占用

newCondition()

// 只有一个锁
Lock lock = new ReentrantLock(); 

//condition 进行通信管理状态
Condition condition = lock.newCondition();

Condition

对于synchronized锁，线程之间的通信方式是wait和notify。对于Lock接口线程间就是通过Condition方式通信的。它比wait/notify更强大的是，它支持等待过程中不响应中断、多个等待队列和在指定时间苏醒。

//reentrantlock对应一个AQS阻塞队列 ,其内部有个 abstract static class Sync extends AbstractQueuedSynchronizer {}
Lock lock = new ReentrantLock();  

Condition condition = lock.newCondition();

public void conditionWait() throws InterruptedException {
    lock.lock();
    try {
        // 释放cpu的执行资格和执行权，同时释放锁
        condition.await();
    } finally {
        //抛异常时进行释放锁
        lock.unlock();
    }
}

public void conditionSignal() throws InterruptedException {
    lock.lock();
    try {
        //唤醒
        condition.signal();
    } finally {
        //抛异常时进行释放锁
        lock.unlock();
    }
}

Atomic

JDK为了防止一些基本数据以及数组对象，分别在java.util.concurrent包专门处理线程并发安全的工具类，并且包含多个原子操作，

标量类：AtomicBoolean，AtomicInteger，AtomicLong，AtomicReference
数组类：AtomicIntegerArray，AtomicLongArray，AtomicReferenceArray
更新器类：AtomicLongFieldUpdater，AtomicIntegerFieldUpdater，AtomicReferenceFieldUpdater
复合变量类：AtomicMarkableReference，AtomicStampedReference

其内部实现不是简单使用synchronized，而是更加高效的 CAS + volatie，避免大开销，提升执行效率，其中CAS比较通过直接内存指针操作获取unsafe.getAndAddInt(**this**, valueOffset, 1), Unsafe.class是大量native 操作本地方法的类，应用层一般都是通过反射机制操作，而JDK是可以直接使用，其操作不当容易操作各种问题，官方不建议普通开发者进行使用。

volatile

Java语言提供了一种消弱的同步机制，即volatile变量，用来确保将变量的更新操作通知到其他线程，当把变量声明为volatile类型后，编译器与运行的时候都会注意到这个变量是共享的，因此不会将变量上的操作与其他内存操作一起排序。

在访问volatile变量时不会执行加锁操作，因此也就不会使执行线程阻塞，因此volatile变量是一种比synchronized关键字更为轻量级的同步机制

当一个变量定义了volatile之后具有俩中特性：

此变量在多线程中具有可见性（顶部的特性中有说明）
禁止指向重新序优化，也就不会和其他内存操作一起排序。俗称内存屏障

常见作用多线程中：“一写多读”，只有唯一的线程(Thread-0)对事件的增删改，其他线程只读取用

总结

乐观锁：CAS，基准为有对象属性可能会被锁定
悲观锁：synchronized，基准为当前代码一定都会被锁定
无锁：轻量级无锁资源，单线程独享
偏向锁：总是由同一个线程多次获得，例如main-Thread，那么此时的锁为偏向锁
轻量级锁：由偏向锁升级而来，当有第二个线程也申请该锁的资源，那么一前一后交替执行同步代码
重量级锁：当同一个时间，多个线程同时竞争资源锁，此时锁就会升级重量级锁，导致开销大执行较重

Java并发同步锁

synchronized

特性

锁的是什么？

锁对象

锁类

CAS

lock

获取锁

lock()

tryLock() && tryLock(long time, TimeUnit unit)

lockInterruptibly()

释放锁

绑定用于占用

Condition

Atomic

volatile

总结

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