Java中锁使用 Java中锁的分类与使用方法
法毅的博客 人气:0想了解Java中锁的分类与使用方法的相关内容吗,法毅的博客在本文为您仔细讲解Java中锁使用的相关知识和一些Code实例,欢迎阅读和指正,我们先划重点:java中锁使用最多的类,java锁的使用,java怎么加锁,下面大家一起来学习吧。
Lock和synchronized
- 锁是一种工具,用于控制对共享资源的访问
- Lock和synchronized,这两个是最创建的锁,他们都可以达到线程安全的目的,但是使用和功能上有较大不同
- Lock不是完全替代synchronized的,而是当使用synchronized不合适或不足以满足要求的时候,提供高级功能
- Lock 最常见的是ReentrantLock实现
为啥需要Lock
- syn效率低:锁的释放情况少,试图获得锁时不能设定超时,不能中断一个正在试图获得锁的线程
- 不够灵活,加锁和释放的时机单一,每个锁仅有一个单一的条件(某个对象),可能是不够的
- 无法知道是否成功获取到锁
主要方法
Lock();
最普通的获取锁,最佳实践是finally中释放锁,保证发生异常的时候锁一定被释放
/** * 描述:Lock不会像syn一样,异常的时候自动释放锁 * 所以最佳实践是finally中释放锁,保证发生异常的时候锁一定被释放 */ private static Lock lock = new ReentrantLock(); public static void main(String[] args) { lock.lock(); try { //获取本锁保护的资源 System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "开始执行任务"); } finally { lock.unlock(); } }
tryLock(long time,TimeUnit unit);超时就放弃
用来获取锁,如果当前锁没有被其它线程占用,则获取成功,则返回true,否则返回false,代表获取锁失败
/** * 描述:用TryLock避免死锁 */ static class TryLockDeadlock implements Runnable { int flag = 1; static Lock lock1 = new ReentrantLock(); static Lock lock2 = new ReentrantLock(); @Override public void run() { for (int i = 0; i < 100; i++) { if (flag == 1) { try { if (lock1.tryLock(800, TimeUnit.MILLISECONDS)) { try { System.out.println("线程1获取到了锁1"); Thread.sleep(new Random().nextInt(1000)); if (lock2.tryLock(800,TimeUnit.MILLISECONDS)){ try { System.out.println("线程1获取到了锁2"); System.out.println("线程1成功获取到了2把锁"); break; }finally { lock2.unlock(); } }else{ System.out.println("线程1获取锁2失败,已重试"); } } finally { lock1.unlock(); Thread.sleep(new Random().nextInt(1000)); } } else { System.out.println("线程1获取锁1失败,已重试"); } } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } if (flag == 0) { try { if (lock2.tryLock(3000, TimeUnit.MILLISECONDS)) { try { System.out.println("线程2获取到了锁2"); Thread.sleep(new Random().nextInt(1000)); if (lock1.tryLock(800,TimeUnit.MILLISECONDS)){ try { System.out.println("线程2获取到了锁1"); System.out.println("线程2成功获取到了2把锁"); break; }finally { lock1.unlock(); } }else{ System.out.println("线程2获取锁1失败,已重试"); } } finally { lock2.unlock(); Thread.sleep(new Random().nextInt(1000)); } } else { System.out.println("线程2获取锁2失败,已经重试"); } } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } } } public static void main(String[] args) { TryLockDeadlock r1 = new TryLockDeadlock(); TryLockDeadlock r2 = new TryLockDeadlock(); r1.flag = 1; r2.flag = 0; new Thread(r1).start(); new Thread(r2).start(); } } 执行结果: 线程1获取到了锁1 线程2获取到了锁2 线程1获取锁2失败,已重试 线程2获取到了锁1 线程2成功获取到了2把锁 线程1获取到了锁1 线程1获取到了锁2 线程1成功获取到了2把锁
lockInterruptibly(); 中断
相当于tryLock(long time,TimeUnit unit) 把超时时间设置为无限,在等待锁的过程中,线程可以被中断
/** * 描述:获取锁的过程中,中断了 */ static class LockInterruptibly implements Runnable { private Lock lock = new ReentrantLock(); @Override public void run() { System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "尝试获取锁"); try { lock.lockInterruptibly(); try { System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "获取到了锁"); Thread.sleep(5000); } catch (InterruptedException e) { System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "睡眠中被中断了"); } finally { lock.unlock(); System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "释放了锁"); } } catch (InterruptedException e) { System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "等锁期间被中断了"); } } public static void main(String[] args) { LockInterruptibly lockInterruptibly = new LockInterruptibly(); Thread thread0 = new Thread(lockInterruptibly); Thread thread1 = new Thread(lockInterruptibly); thread0.start(); thread1.start(); try { Thread.sleep(2000); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } thread0.interrupt(); } } 执行结果: Thread-0尝试获取锁 Thread-1尝试获取锁 Thread-0获取到了锁 Thread-0睡眠中被中断了 Thread-0释放了锁 Thread-1获取到了锁 Thread-1释放了锁
Java锁分类:
乐观锁和悲观锁:
乐观锁:
比较乐观,认为自己在处理操作的时候,不会有其它线程来干扰,所以并不会锁住操作对象
- 在更新的时候,去对比我修改期间的数据有没有被改变过,如没有,就正常的修改数据
- 如果数据和我一开始拿到的不一样了,说明其他人在这段时间内改过,会选择放弃,报错,重试等策略
- 乐观锁的实现一般都是利用CAS算法来实现的
劣势:
可能造成ABA问题,就是不知道是不是修改过
使用场景:
适合并发写入少的情况,大部分是读取的场景,不加锁的能让读取的性能大幅提高
悲观锁:
比较悲观,认为如果我不锁住这个资源,别人就会来争抢,就会造成数据结果错误,所以它会锁住操作对象,Java中悲观锁的实现就是syn和Lock相关类
劣势:
- 阻塞和唤醒带来的性能劣势
- 如果持有锁的线程被永久阻塞,比如遇到了无限循环,死锁等活跃性问题,那么等待该线程释放锁的那几个线程,永远也得不到执行
- 优先级反转,优先级低的线程拿到锁不释放或释放的比较慢,就会造成这个问题
使用场景:
适合并发写入多的情况,适用于临界区持锁时间比较长的情况:
- 临界区有IO操作
- 临界区代码复杂或者循环量大
- 临界区竞争非常激烈
可重入锁:
可重入就是说某个线程已经获得某个锁,可以再次获取锁而不会出现死锁
ReentrantLock 和 synchronized 都是可重入锁
// 递归调用演示可重入锁 static class RecursionDemo{ public static ReentrantLock lock = new ReentrantLock(); private static void accessResource(){ lock.lock(); try { System.out.println("已经对资源处理了"); if (lock.getHoldCount() < 5){ System.out.println("已经处理了"+lock.getHoldCount()+"次"); accessResource(); } }finally { lock.unlock(); } } public static void main(String[] args) { new RecursionDemo().accessResource(); } } 执行结果: 已经对资源处理了 已经处理了1次 已经对资源处理了 已经处理了2次 已经对资源处理了 已经处理了3次 已经对资源处理了 已经处理了4次 已经对资源处理了
ReentrantLock的其它方法
- isHeldByCurrentThread 可以看出锁是否被当前线程持有
- getQueueLength()可以返回当前正在等待这把锁的队列有多长,一般这两个方法是开发和调试时候使用,上线后用到的不多
公平锁和非公平锁
- 公平指的是按照线程请求的顺序,来分配锁;
- 非公平指的是,不完全按照请求的顺序,在一定情况下,可以插队
- 非公平锁可以避免唤醒带来的空档期
/** * 描述:演示公平锁和非公平锁 */ class FairLock{ public static void main(String[] args) { PrintQueue printQueue = new PrintQueue(); Thread[] thread = new Thread[10]; for (int i = 0; i < 10; i++) { thread[i] = new Thread(new Job(printQueue)); } for (int i = 0; i < 5; i++) { thread[i].start(); try { Thread.sleep(100); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } } } class Job implements Runnable{ PrintQueue printQueue; public Job(PrintQueue printQueue) { this.printQueue = printQueue; } @Override public void run() { System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"开始打印"); printQueue.printJob(new Object()); System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"打印完成"); } } class PrintQueue{ // true 公平,false是非公平 private Lock queueLock = new ReentrantLock(true); public void printJob(Object document){ queueLock.lock(); try { int duration = new Random().nextInt(10)+1; System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"正在打印,需要"+duration+"秒"); Thread.sleep(duration * 1000); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } finally { queueLock.unlock(); } queueLock.lock(); try { int duration = new Random().nextInt(10)+1; System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"正在打印,需要"+duration+"秒"); Thread.sleep(duration * 1000); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } finally { queueLock.unlock(); } } } 执行结果: Thread-0开始打印 Thread-0正在打印,需要10秒 Thread-1开始打印 Thread-2开始打印 Thread-3开始打印 Thread-4开始打印 Thread-1正在打印,需要2秒 Thread-2正在打印,需要2秒 Thread-3正在打印,需要2秒 Thread-4正在打印,需要4秒 Thread-0正在打印,需要2秒 Thread-0打印完成 Thread-1正在打印,需要7秒 Thread-1打印完成 Thread-2正在打印,需要8秒 Thread-2打印完成 Thread-3正在打印,需要3秒 Thread-3打印完成 Thread-4正在打印,需要8秒 Thread-4打印完成 true改为false演示非公平锁: Lock queueLock = new ReentrantLock(false); 执行结果: Thread-0正在打印,需要7秒 Thread-1开始打印 Thread-2开始打印 Thread-3开始打印 Thread-4开始打印 Thread-0正在打印,需要9秒 Thread-0打印完成 Thread-1正在打印,需要3秒 Thread-1正在打印,需要2秒 Thread-1打印完成 Thread-2正在打印,需要4秒 Thread-2正在打印,需要7秒 Thread-2打印完成 Thread-3正在打印,需要10秒 Thread-3正在打印,需要2秒 Thread-3打印完成 Thread-4正在打印,需要7秒 Thread-4正在打印,需要8秒 Thread-4打印完成
共享锁和排它锁:
- 排它锁,又称为独占锁,独享锁
- 共享锁,又称为读锁,获得共享锁之后,可以查看但无法修改和删除数据,其他线程此时也可以获取到共享锁,也可以查看但无法修改和删除数据
- 共享锁和排它锁的典型是读写锁 ReentrantReadWriteLock,其中读锁是共享锁,写锁是独享锁
读写锁的作用:
- 在没有读写锁之前,我们假设使用ReentrantLock,那么虽然我们保证了线程安全,但是也浪费了一定的资源:多个读操作同时进行,并没有线程安全问题
- 在读的地方使用读锁,在写的地方使用写锁,灵活控制,如果没有写锁的情况下,读是无阻塞的,提高了程序的执行效率
读写锁的规则:
- 多个线程值申请读锁,都可以申请到
- 要么一个或多个一起读,要么一个写,两者不会同时申请到,只能存在一个写锁
/** * 描述:演示可以多个一起读,只能一个写 */ class CinemaReadWrite{ private static ReentrantReadWriteLock reentrantReadWriteLock = new ReentrantReadWriteLock(); private static ReentrantReadWriteLock.ReadLock readLock = reentrantReadWriteLock.readLock(); private static ReentrantReadWriteLock.WriteLock writeLock = reentrantReadWriteLock.writeLock(); private static void read(){ readLock.lock(); try { System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "得到了读锁,正在读取"); Thread.sleep(1000); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } finally { System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "释放了读锁"); readLock.unlock(); } } private static void write(){ writeLock.lock(); try { System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "得到了写锁,正在写入"); Thread.sleep(1000); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } finally { System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "释放了写锁"); writeLock.unlock(); } } public static void main(String[] args) { new Thread(()-> read(),"Thrad1").start(); new Thread(()-> read(),"Thrad2").start(); new Thread(()-> write(),"Thrad3").start(); new Thread(()-> write(),"Thrad4").start(); } } 执行结果: Thrad1得到了读锁,正在读取 Thrad2得到了读锁,正在读取 Thrad2释放了读锁 Thrad1释放了读锁 Thrad3得到了写锁,正在写入 Thrad3释放了写锁 Thrad4得到了写锁,正在写入 Thrad4释放了写锁
读锁和写锁的交互方式:
读锁插队策略:
- 公平锁:不允许插队
- 非公平锁:写锁可以随时插队,读锁仅在等待队列头节点不是想获取写锁线程的时候可以插队
自旋锁和阻塞锁
- 让当前线程进行自旋,如果自旋完成后前面锁定同步资源的线程已经释放了锁,那么当前线程就可以不必阻塞而是直接获取同步资源,从而避免切换线程的开销。这就是自旋锁。
- 阻塞锁和自旋锁相反,阻塞锁如果遇到没拿到锁的情况,会直接把线程阻塞,知道被唤醒
自旋缺点:
- 如果锁被占用的时间很长,那么自旋的线程只会白浪费处理器资源
- 在自旋的过程中,一直消耗cpu,所以虽然自旋锁的起始开销低于悲观锁,但是随着自旋的时间增长,开销也是线性增长的
原理:
- 在Java1.5版本及以上的并发框架java.util.concurrent 的atmoic包下的类基本都是自旋锁的实现
- AtomicInteger的实现:自旋锁的实现原理是CAS,AtomicInteger中调用unsafe 进行自增操作的源码中的do-while循环就是一个自旋操作,如果修改过程中遇到其他线程竞争导致没修改成功,就在while里死循环直至修改成功
/** * 描述:自旋锁演示 */ class SpinLock{ private AtomicReference<Thread> sign = new AtomicReference<>(); public void lock(){ Thread currentThread = Thread.currentThread(); while (!sign.compareAndSet(null,currentThread)){ System.out.println("自旋获取失败,再次尝试"); } } public void unLock(){ Thread currentThread = Thread.currentThread(); sign.compareAndSet(currentThread,null); } public static void main(String[] args) { SpinLock spinLock = new SpinLock(); Runnable runnable = new Runnable(){ @Override public void run(){ System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"开始尝试自旋锁"); spinLock.lock(); System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"获取到了自旋锁"); try { Thread.sleep(1); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); }finally { spinLock.unLock(); System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"释放了自旋锁"); } } }; Thread thread1 = new Thread(runnable); Thread thread2 = new Thread(runnable); thread1.start(); thread2.start(); } } 执行结果: Thread-0开始尝试自旋锁 Thread-0获取到了自旋锁 Thread-1开始尝试自旋锁 自旋获取失败,再次尝试 自旋获取失败,再次尝试 自旋获取失败,再次尝试 自旋获取失败,再次尝试 自旋获取失败,再次尝试 自旋获取失败,再次尝试 自旋获取失败,再次尝试 自旋获取失败,再次尝试 自旋获取失败,再次尝试 自旋获取失败,再次尝试 自旋获取失败,再次尝试 Thread-0释放了自旋锁 Thread-1获取到了自旋锁 Thread-1释放了自旋锁
使用场景:
- 自旋锁一般用于多核服务器,在并发度不是特别高的情况下,比阻塞锁的效率要高
- 另外,自旋锁适用于临界区比较短小的情况,否则如果临界区很大(线程一旦拿到锁,很久之后才会释放),那也是不合适的
总结
加载全部内容