Java并发多线程编程——锁

一、公平锁和非公平锁 1.1、公平锁和非公平锁的概述

• 公平锁：指多个线程按照申请锁的顺序来获取锁。
• 非公平锁：指在多线程获取锁的顺序并不是按照申请锁的顺序，有可能后申请的线程比先申请的线程优先获取到锁，在高并发的情况下,有可能造成优先级反转或者饥饿现象。
• 并发包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。如下图：

1.2、公平锁和非公平锁的区别

• 公平锁：就是很公平，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的第一个，就占有锁，否则就会加入到等待队列中，以后会按照FIFO的规则从队列中取到自己。
• 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，就再采用类似公平锁那种方式。

1.3、ReentrantLock和synchronized锁的区别

• ReentrantLock即可以指定公平锁，又可以指定非公平锁。通过构造函数指定该锁是否是公平锁， 默认是非公平锁。 非公平锁的优点在于吞吐量必公平锁大。
• synchronized也是一种非公平锁。

二、可重入锁(又名递归锁) 2.1、可重入锁的概述

• 可重入锁：指的是同一线程外层函数获得锁后，内层函数仍然能获取该锁的代码，在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它已经拥有锁所同步着的代码块。

2.2、可重入锁的作用

• ReentrantLock和synchronized就是一个典型的可重入锁。
• 可重入锁最大的作用就是避免死锁。

2.3、可重入锁的示例代码

• 代码

  import java.util.concurrent.locks.Lock;
  import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
  
  class UserInfo implements Runnable {
      private Lock lock = new ReentrantLock();
  
      @Override
      public void run() {
          getInfo();
      }
      //getInfo方法
      private void getInfo() {
          lock.lock();
          try {
              System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\tgetInfo");
              setInfo();//调用setInfo方法
          } finally {
              lock.unlock();
          }
      }
      //setInfo方法
      private void setInfo() {
          lock.lock();
          try {
              System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\tsetInfo");
          } finally {
              lock.unlock();
          }
      }
  }
  /**
   * @description: 可重入锁的示例代码
   * @author: xz
   */
  public class LockDemo {
      public static void main(String[] args) {
          UserInfo userInfo=new UserInfo();
          Thread t1 = new Thread(userInfo);
          Thread t2 = new Thread(userInfo);
          t1.start();
          t2.start();
  
      }
  }
  

• 输出结果如下：

三、自旋锁（SpinLock） 3.1、自旋锁（SpinLock）的概述

• 自旋锁：指尝试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，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。

• 原子类中的getAndAddInt()使用到自旋锁，自旋锁的核心即do while加CAS,如下图：

  

3.2、自旋锁（SpinLock）的示例代码

• 代码

  import java.util.concurrent.TimeUnit;
  import java.util.concurrent.atomic.AtomicReference;
  /**
   * @description: 手写自旋锁示例代码
   * @author: xz
   */
  public class SpinLockDemo {
      //原子引用线程
      AtomicReference atomicReference =new AtomicReference();
  
      //加锁
      public void myClock(){
          Thread thread = Thread.currentThread();
          System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"\t come in ....加锁");
  
          //初始时原子引用线程为空，当原子引用线程为空时，添加当前线程添
          //如果返回true的话，直接进入while进行循环，所以取反，第一次不进入while循环
          while (!atomicReference.compareAndSet(null,thread)){
  
          }
  
      }
  
      //解锁
      public void myUnClock(){
          Thread thread = Thread.currentThread();
          atomicReference.compareAndSet(thread,null);
  
          System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"\t go out ....解锁");
  
      }
  
      public static void main(String[] args) {
          SpinLockDemo spinLockDemo = new SpinLockDemo();
  
          //A线程，获取锁后睡眠5秒钟，再释放锁
          new Thread(()->{
              spinLockDemo.myClock();
              try {
                  TimeUnit.SECONDS.sleep(5);
              } catch (InterruptedException e) {
                  e.printStackTrace();
              }
              spinLockDemo.myUnClock();
          },"线程A").start();
  
          try {
              TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
          } catch (InterruptedException e) {
              e.printStackTrace();
          }
          //B线程，获取锁后直接释放锁
          new Thread(()->{
              spinLockDemo.myClock();
              spinLockDemo.myUnClock();
          },"线程B").start();
      }
  }
  

• 输出结果如下：

四、独占锁(又名写锁)和共享锁(又名读锁) 4.1、独占锁和共享锁的概述

• 独占锁：指该锁一次只能被一个线程所持有。
• 共享锁：指该锁可被多个线程所持有。

4.2、独占锁和共享锁的典型应用

• 对于ReentrantLock和synchronized而言都是独占锁。
• 对于ReentrantReadWriteLock其读锁时共享锁，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。而读写，写读，写写的过程是互斥的。

4.3、独占锁和共享锁的示例代码

• 代码

import java.util.HashMap;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantReadWriteLock;
/**
 * 资源类
 */
class MyResource{
    /**
     * 保证可见性
     */
    private volatile HashMap map  = new HashMap();

    private ReentrantReadWriteLock reentrantReadWriteLock = new ReentrantReadWriteLock();
    /**
     * 写操作
     */
    public void writeResoure(String key, Object value) {
        reentrantReadWriteLock.writeLock().lock();
        try {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\t正在写入" + key);
            //模拟网络延时
            try {
                TimeUnit.MICROSECONDS.sleep(300);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            map.put(key, value);
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\t正在完成");
        } finally {
            reentrantReadWriteLock.writeLock().unlock();
        }
    }

    /**
     * 读
     */
    public void readResoure(String key) {
        reentrantReadWriteLock.readLock().lock();
        try {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\t正在读取");
            //模拟网络延时
            try {
                TimeUnit.MICROSECONDS.sleep(300);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            Object result = map.get(key);
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\t正在完成" + result);
        } finally {
            reentrantReadWriteLock.readLock().unlock();
        }
    }
}

/**
 * @description: 多个线程同时操作一个资源类没有任何问题。 所以为了满足并发量，读取共享资源应该可以同时进行.
 *               但是,如果有一个线程想去写共享资源,就不应该有其他线程可以对资源进行读或写.
 * @author: xz
 */
public class ReadWriteLockDemo {
    public static void main(String[] args) {
        MyResource myResource = new MyResource();
        for (int i = 1; i  {
                myResource.writeResoure(temp + "", temp);
            }, "线程"+String.valueOf(i)).start();
        }

        for (int i = 1; i  {
                myResource.readResoure(finalI + "");
            }, "线程"+String.valueOf(i)).start();
        }

    }
}

• 输出结果如下：