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关于Java中的锁与线程间通信

公平锁与非公平锁

并发包中ReentrantLock的创建可以指定构造函数的boolean类型来得到公平锁或者非公平锁,默认是非公平锁

两者区别:

公平锁:在并发环境中,每个线程在获取锁时会先查看此锁维护的等待队列,如果为空,或者当前线程是等待队列中的第一个,就占用锁,否则就会加入到等待队列中,以后会按照FIFO的规则从队列中等待被取到。

非公平锁:非公平锁比较粗鲁上来就直接尝试占有锁,如果尝试失败,就在采用类似公平锁的方式在队列中等待被取到。

对于java ReentrantLock而言,通过构造函数指定该锁是否为公平锁,默认是非公平锁。非公平锁的优点自安于吞吐量比公平锁大。

对于synchronized而言,也是一种非公平锁

可重入锁(递归锁)

可重入锁又叫递归锁,典型的可重入锁有ReentrantLock/Synchronized。指的是统一鲜橙外层函数获得锁之后,内层度规函数仍然能获取该锁的代码,同一个线程在外层方法获取锁的时候,在进入内层方法会自动获取锁
也就是说,线程可以进入任何一个他已经拥有的锁所同步着的代码块。

    public synchronized void method01(){
        method02();
    }
    public synchronized void method02(){
        
    }
复制代码

如以上代码,如果一个线程拥有method01的锁,那么会自动拥有method02的锁,这样看,可重入锁最大的作用是避免死锁

自旋锁

可参考上篇文章介绍的CAS的加锁方式

    public final int getAndSetInt(Object var1, long var2, int var4) {
        int var5;
        do {
            var5 = this.getIntVolatile(var1, var2);
        } while(!this.compareAndSwapInt(var1, var2, var5, var4));

        return var5;
    }
复制代码

自旋锁是指获取锁的线程不会立即阻塞,而是采用循环的方式去尝试获取锁直至成功为止,没有类似wait的阻塞,这样的好处是减少线程上下文切换的消耗,缺点是循环会消耗CPU

手动实现一个自旋锁:

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

        }
    }


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

        }
    }
复制代码

当A线程调用myLock时,thread为null,所以atomicReference.compareAndSet(null,thread)成立,取反跳出循环,这时atomicReference内Thread为A的线程,B线程同时也调用myLock方法时,因为期望值为null,实际上是A线程,结果不成立,所以一直在while中循环;A线程再调用unlock方法,期望值是A自己的线程,然后设置为null,返回true然后取反,跳出循环,B线程不断地在mylock中循环,突然读到期望值为null了,满足自己的需求,然后跳出循环,这时加锁成功。

独占锁(写锁)/共享锁(读锁)/互斥锁

独占锁:该锁一次只能被一个线程所持有,ReentrantLock和Synchronized都是独占锁
共享锁:该锁可被多个线程所持有。 ReentrantReadWriteLock中的读锁是共享锁,其写锁是独占锁。 读锁的共享锁可保证并发读是非常高效的,读写,写读,写写的过程是互斥的。

CountDownLatch

让一些线程阻塞直到另一些线程完成一系列操作后才被唤醒 CountDownLatch主要有两个方法,当一个或多个线程调用await方法时,调用线程会被阻塞。其他线程调用countDown方法会将计数器减1(调用countDown方法的线程不会被阻塞),当计数器的值变成零时,因调用await方法被阻塞的线程会被唤醒,继续执行。

CyclicBarrier

CyclicBarrier意思Wie可循环使用的屏障。主要功能是让一组线程到达一个屏障点(也可以叫同步点)时被阻塞,直到最后一个线程到达屏障时,屏障才会开门,被屏障拦截的线程才会继续干活,线程进入屏障通过CyclicBarrier的await()方法。 demo: 集齐7颗龙珠才能召唤神龙

Semaphore

Semaphore 信号量,主要用于两个目的,一个是用于多个共享资源的互斥使用,另一个用于并发线程数的控制。

Synchronized 和 Lock有什么区别? 用新的lock有什么好处

  1. 构成角度
    synchronized是关键字属于jvm层面,通过monitorenter(底层通过monitor对象来完成,wait/notify等方法也依赖于monitor对象,只有在同步块或同步方法中才能调wait/notify等方法)、monitorexit来控制锁 Lock是具体的实现类(java.util.concurrent.locks.lock),是api层面的锁
  2. 使用方法 synchronized 不需要用户手动释放锁,当synchronized代码执行完后系统会自动让线程释放对锁的占用 reentrantlock需要用户去手动释放锁,若没有主动释放锁,就有可能导致出现死锁现象。需要配合lock()和unlock()方法配合try/finally语句块来完成。
  3. 等待是否可中断
    synchronized不可中断,除非抛异常或者正常运行完成
    reentrantLock可中断:
    • 设置超时方法tryLock(long timeout,TimeUnit unit)
    • lockInterruptibly()放代码块中, 调用interrupt()方法可中断
  4. 加锁是否公平
    synchronized非公平锁 reentrantlock默认非公平锁,构造方法可以传入bolean设置是否公平锁
  5. 绑定多个条件condition synchronized没有条件设置只能随机notify 或notifyAll reentrantlock用来实现分组唤醒需要唤醒的线程们,可以精确唤醒,而不是像synchronized,要么随即唤醒一个线程要么唤醒全部线程