java 共享鎖 獨占鎖_java中的公平鎖、非公平鎖、可重入鎖、遞歸鎖、自旋鎖、獨占鎖和共享鎖...

一、公平鎖與非公平鎖

1.1 概述

公平鎖：是指多個線程按照申請鎖的順序來獲取鎖。

非公平鎖：是指在多線程獲取鎖的順序并不是按照申請鎖的順序，有可能后申請的線程比先申請的線程優先獲取到鎖，在高并發的情況下，有可能造成優先級反轉或者饑餓現象。饑餓現象就是低優先級的線程可能一直拿不到鎖，而一直處于等待狀態。

1.2 區別

公平鎖：Threads acquire a fair lock in the order in which they requested it.

公平鎖，就是很公平，在并發環境中，每個線程在獲取鎖時會先查看此鎖維護的等待隊列，如果為空，或者當前線程是等待隊列的第一個，就占有鎖，否則就會加入到等待隊列中，以后會按照 FIFO 的規則從隊列中取到自己。

非公平鎖：a nonfair lock permits barging: threads requesting a lock can jump ahead of the queue of waiting threads if the lock

happens to be available when it is requested.

非公平鎖比較粗魯，上來就直接嘗試占有鎖，如果嘗試失敗，就再采用類似公平鎖那種方式。而且，非公平鎖比公平鎖的吞吐量大。

1.3 Java 中的一些公平鎖和非公平鎖

1. java 中的 ReentrantLock，默認是非公平鎖，當參數 fair 為 true 時，就是公平鎖。

1 /**

2 * Creates an instance of {@code ReentrantLock}.

3 * This is equivalent to using {@code ReentrantLock(false)}.

4 */

5 public ReentrantLock() {

6 sync = new NonfairSync();

7 }

8

9 /**

10 * Creates an instance of {@code ReentrantLock} with the

11 * given fairness policy.

12 *

13 * @param fair {@code true} if this lock should use a fair ordering policy

14 */

15 public ReentrantLock(boolean fair) {

16 sync = fair ? new FairSync() : new NonfairSync();

17 }

2. synchronized 也是一種非公平鎖。

二、可重入鎖與不可重入鎖

2.1 概述

可重入鎖(也叫做遞歸鎖)：

指的是同一線程外層函數獲得鎖之后，內層遞歸函數仍然能獲取該鎖的代碼，在同一個線程在外層方法獲取鎖的時候，在進入內層方法會自動獲取鎖，也就是說，線程可以進入任何一個它已經擁有的鎖所同步著的代碼塊。可重入鎖最大的作用就是避免死鎖。

不可重入鎖，即若當前線程執行某個方法已經獲取了該鎖，那么在方法中嘗試再次獲取鎖時，就會獲取不到被阻塞。

2.2 java 中的可重入鎖

2.2.1 synchronized 鎖

1 class Phone {

2 public synchronized void sendSMS() {

3 System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "send SMS...");

4 sendEmail();

5 }

6

7 public synchronized void sendEmail() {

8 System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "send email...");

9 }

10 }

11

12 public class ReentrantLockDemo {

13

14 public static void main(String[] args) {

15 Phone phone = new Phone();

16

17 new Thread(() -> {

18 phone.sendSMS();

19 }, "Thread1").start();

20

21 new Thread(() -> {

22 phone.sendSMS();

23 }, "Thread2").start();

24 }

25 }a11cbc5ee8b5bec94d9e00181b1e649e.png

2.2.2 ReentrantLock

1 class Phone implements Runnable {

2 Lock lock = new ReentrantLock();

3

4 @Override

5 public void run() {

6 get();

7 }

8

9 public void get() {

10 lock.lock();

11 try {

12 System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "get method...");

13 set();

14 } finally {

15 lock.unlock();

16 }

17 }

18

19 public void set() {

20 lock.lock();

21 try {

22 System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "set method...");

23 } finally {

24 lock.unlock();

25 }

26 }

27 }

28

29 public class ReentrantLockDemo {

30

31 public static void main(String[] args) {

32 Phone phone = new Phone();

33

34 Thread thread3 = new Thread(phone, "Thread3");

35 Thread thread4 = new Thread(phone, "Thread4");

36 thread3.start();

37 thread4.start();

38 }

39 }

f45d4b2a9ffab84e0862b0913720d8af.png

2.3 面試題

使用 ReentrantLock 時，如果加入兩層鎖呢，程序是直接報編譯錯誤，還是正常運行，正常運行的話，能得到預期的結果嗎？

1 class Phone implements Runnable {

2

3 // ...

4

5 public void get() {

6 lock.lock();

7 lock.lock();

8 try {

9 System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "get method...");

10 set();

11 } finally {

12 lock.unlock();

13 lock.unlock();

14 }

15 }

16

17 // ...

18 }

6f4623ba654079ec76d8701c733df09d.png

當缺少 unlock() 時(也就是，lock 和 unlock不是一一對應，lock 比 unlock 多 )，程序不會報編譯錯誤，但得不到預期的結果，從下面可以看出，程序一直處于運行的狀態：

ad347407026e32edb821ea23f6418157.png

當缺少 lock() 時(也就是，unlock 比 lock 多 )，此時，程序也不會報編譯錯誤，控制臺也輸出了結果，但是拋出了 IllegalMonitorStateException 異常。

bdeb585dfaad65b79b5a863bff64d574.png

三、自旋鎖

3.1 概述

自旋鎖是指嘗試獲取鎖的線程不會立即阻塞，而是采用循環的方式去嘗試獲取鎖，這樣的好處是減少線程上下文切換的消耗，缺點是循環會消耗CPU。

3.2 java 中的自旋鎖

1 // Unsafe.java

2 public final int getAndAddInt(Object var1, long var2, int var4) {

3 int var5;

4 do {

5 var5 = this.getIntVolatile(var1, var2);

6 } while(!this.compareAndSwapInt(var1, var2, var5, var5 + var4));

7

8 return var5;

9 }

3.3 手寫一個自旋鎖

1 public class SpinLockDemo {

2

3 AtomicReference atomicReference = new AtomicReference<>();

4

5 public void myLock() {

6 Thread thread = Thread.currentThread();

7 System.out.println(thread.getName() + "come in...");

8 while (!atomicReference.compareAndSet(null, thread)) {

9

10 }

11 }

12

13 public void myUnLock() {

14 Thread thread = Thread.currentThread();

15 atomicReference.compareAndSet(thread, null);

16 System.out.println(thread.getName() + "come out...");

17 }

18

19 public static void main(String[] args) {

20

21 SpinLockDemo spinLockDemo = new SpinLockDemo();

22

23 new Thread(() -> {

24 spinLockDemo.myLock();

25 try {

26 TimeUnit.SECONDS.sleep(5);

27 } catch (InterruptedException e) {

28 e.printStackTrace();

29 }

30 spinLockDemo.myUnLock();

31 }, "Thread1").start();

32

33 try {

34 TimeUnit.SECONDS.sleep(1);

35 } catch (InterruptedException e) {

36 e.printStackTrace();

37 }

38

39 new Thread(() -> {

40 spinLockDemo.myLock();

41 try {

42 TimeUnit.SECONDS.sleep(1);

43 } catch (InterruptedException e) {

44 e.printStackTrace();

45 }

46 spinLockDemo.myUnLock();

47 }, "Thread2").start();

48 }

49 }

四、寫鎖(獨占鎖)、讀鎖(共享鎖)和互斥鎖

4.1 概述

獨占鎖：指該鎖一次只能被一個線程所持有。對 ReentrantLock 和 Synchronized 而言都是獨占鎖。

共享鎖：指該鎖可被多個線程所持有。

對 ReentrantReadWriteLock 其讀鎖是共享鎖，其寫鎖是獨占鎖。

讀鎖的共享鎖可保證并發讀是非常高效的，讀寫，寫讀，寫寫的過程是互斥的。

4.2 示例(模擬緩存)

4.2.1 加鎖前：

數據寫入的時候，被打斷：

1 class MyCache {

2

3 private volatile Map map = new HashMap<>();

4

5 public void put(String key, Object value) {

6 System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在寫入：" + key);

7 try {

8 TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(300);

9 } catch (InterruptedException e) {

10 e.printStackTrace();

11 }

12 map.put(key, value);

13 System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "寫入完成");

14 }

15

16 public void get(String key) {

17 System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在讀取");

18 try {

19 TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(300);

20 } catch (InterruptedException e) {

21 e.printStackTrace();

22 }

23 Object result = map.get(key);

24 System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "讀取完成：" + result);

25 }

26 }

27

28 public class ReadWriteLockDemo {

29

30 public static void main(String[] args) {

31 MyCache myCache = new MyCache();

32

33 for (int i = 1; i <= 5; i++) {

34 final int temp = i;

35 new Thread(() -> {

36 myCache.put(temp + "", temp + "");

37 }, String.valueOf(i)).start();

38 }

39

40 for (int i = 1; i <= 5; i++) {

41 final int temp = i;

42 new Thread(() -> {

43 myCache.get(temp + "");

44 }, String.valueOf(i)).start();

45 }

46 }

47 }6b2b1949ecd727a8625d658a3db5638d.png

4.2.2 加鎖后：

寫入時正常，不會中斷；讀取時，可以共享鎖。

1 class MyCache {

2

3 private volatile Map map = new HashMap<>();

4 private ReentrantReadWriteLock rwLock = new ReentrantReadWriteLock();

5

6 public void put(String key, Object value) {

7 rwLock.writeLock().lock();

8 try {

9 System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在寫入：" + key);

10 try {

11 TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(300);

12 } catch (InterruptedException e) {

13 e.printStackTrace();

14 }

15 map.put(key, value);

16 System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "寫入完成");

17 } catch (Exception e) {

18 e.printStackTrace();

19 } finally {

20 rwLock.writeLock().unlock();

21 }

22 }

23

24 public void get(String key) {

25 rwLock.readLock().lock();

26 try {

27 System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在讀取");

28 try {

29 TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(300);

30 } catch (InterruptedException e) {

31 e.printStackTrace();

32 }

33 Object result = map.get(key);

34 System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "讀取完成：" + result);

35 } catch (Exception e) {

36 e.printStackTrace();

37 } finally {

38 rwLock.readLock().unlock();

39 }

40 }

41 }7b71a2780d6fee824ee9df8cfdbd515a.png

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