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JUC系列(九) CAS 与锁的理解

2022-10-25 143
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简介： CAS 解决ABA问题 对于juc下的几个做类型的理解
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⏩ 当前专栏： JUC系列

深入理解CAS

什么是 CAS

CAS compareAndSet 比较并交换

研究底层，才会有所突破

实例代码 
    //CAS compareAndSet 比较并交换
    public static void main(String[] args) {
        AtomicInteger atomicInteger = new AtomicInteger(2020);
        // 两个参数 ： 期望 更新
        //   public final boolean compareAndSet(int expectedValue, int newValue)
        // 如果我们的期望值达到了 那么就更新，否则 就不更新 CAS 是 CPU 并发原语
        atomicInteger.compareAndSet(2020, 2021);
        System.out.println(atomicInteger.get());
        atomicInteger.getAndIncrement();
        atomicInteger.compareAndSet(2020, 2021);
        System.out.println(atomicInteger.get());
    }
加一 方法底层原理 为什么效率高
  1. 调用了 unsafe 操作内存的方法
  2. 查看这个getAndAddInt这个方法的参数, var 1 就是原本数字 var 2 就是valueoffset ,var 4 就是要增加多少
  3. var 是获取内存值,之后调用方法 如果 var1 和 var2 的结果是我们想要的 也就是 var5 那么就讲 var5+var4 也就是原本的结果 +1

image-20220304173908384

这个方法是一个典型的自旋锁

CAS：比较当前工作内存中的值，如果这个值是期望的，那么执行操作，如果不是就一直循环

缺点:

  1. 循环会耗时
  2. 一次性只能保证一个共享变量
  3. ABA问题

unsafe类

image-20220304173602223

CAS ABA问题

A：期望是 1 交换成2 ，但是在还没有交换的时候 另一个线程 把 当前的a 改变成了 3 又改回 1 此时 当前A线程依旧可以正常的交换，但是期间的值已经被别人用过了。

image-20220304224113617

    //CAS compareAndSet 比较并交换
    public static void main(String[] args) {
        AtomicInteger atomicInteger = new AtomicInteger(2020);
        //对于 我们平时都 sql 是如何解决的，乐观锁
        // 两个参数 ： 期望 更新
        //   public final boolean compareAndSet(int expectedValue, int newValue)
        // 如果我们的期望值达到了 那么就更新，否则 就不更新 CAS 是 CPU 并发原语
        //=============捣乱的线程====================
        atomicInteger.compareAndSet(2020, 2021);
        System.out.println(atomicInteger.get());
        atomicInteger.compareAndSet(2021, 2020);
        System.out.println(atomicInteger.get());

        //=================期望的线程=============
        atomicInteger.compareAndSet(2020, 2021);
        System.out.println(atomicInteger.get());
    }

原子引用（解决aba问题）

解决ada问题

原子引用 AtomicStampedReference

可以理解为 乐观锁

==PS: integer 使用了 对象缓存机制，默认范围是 -128-127 ，推荐使用静态工厂方法 valueof 获取对象实例，而不是new ，因为 value of 使用缓存，而new 一定会创建心的对象分配新的内存空间==

image-20220305021114344

代码实例 
  //CAS compareAndSet 比较并交换
    public static void main(String[] args) {
        //AtomicInteger atomicStampedReference = new AtomicInteger(2020);
        // 注意 如果 泛型是一个包装类，注意对象的引用问题，
        AtomicStampedReference<Integer> atomicStampedReference = new AtomicStampedReference<>(1, 1);
        new Thread(() -> {
            int stamp = atomicStampedReference.getStamp();
            System.out.println("a1 =>" + stamp);
            System.out.println("a2 =>" + atomicStampedReference.compareAndSet(1, 2, atomicStampedReference.getStamp(), atomicStampedReference.getStamp() + 1));
            System.out.println("a2 =>" + atomicStampedReference.getStamp());
            System.out.println("a3 =>" + atomicStampedReference.compareAndSet(2, 1, atomicStampedReference.getStamp(), atomicStampedReference.getStamp() + 1));
            System.out.println("a3 =>" + atomicStampedReference.getStamp());
        }, "a").start();
        new Thread(() -> {
            int stamp = atomicStampedReference.getStamp();
            System.out.println("b1 =>" + stamp);
            try {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println("b2 =>" + atomicStampedReference.compareAndSet(1, 6, atomicStampedReference.getStamp(), atomicStampedReference.getStamp() + 1));
            System.out.println("b2 =>" + atomicStampedReference.getStamp());
        }, "b").start();
    }

对于锁的理解

1、公平锁和非公平锁的区别

公平锁 ：不能够插队，必须先来后到

非公平锁: 可以插队 锁 默认的都是非公平的

    public ReentrantLock() {
        sync = new NonfairSync();
    }

也可以修改成 公平锁

    public ReentrantLock(boolean fair) {
        sync = fair ? new FairSync() : new NonfairSync();
    }

2、可重入锁

image-20220305021641302

sync关键字

这里 是一把锁，每次执行的时候直到方法里逐层向外解锁

public class lockdemo {
    public static void main(String[] args) {
        phone phone = new phone();
        new Thread(() -> {
            phone.sms();
        }, "a").start();
        new Thread(() -> {
            phone.sms();
        }, "b").start();
    }
}

class phone {
    public synchronized void sms() {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "=>发短信");
        //这里也有锁
        call();
    }

    public synchronized void call() {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "=>打电话");
    }
}

Lock

  1. lock 锁每个方法是配对一个锁，像下面的例子就是开了两个锁，锁必须配对
public class lockdemo2 {
    public static void main(String[] args) {
        phone2 phone = new phone2();
        new Thread(() -> {
            phone.sms();
        }, "a").start();
        new Thread(() -> {
            phone.sms();
        }, "b").start();
    }
}

class phone2 {
    //这里就有区别 sync关键字是一个锁，这里使用lock 是两个锁，锁必须配对，否则就会死锁
    Lock lock = new ReentrantLock();

    public synchronized void sms() {
        lock.lock();
        try {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "=>发短信");
            //这里也有锁
            call();
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }

    public synchronized void call() {
        lock.lock();
        try {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "=>打电话");
            //这里也有锁
            call();
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }
}

3、自旋锁

这里我们之前查看CAS 的时候 有一个调用自增的方法就是自旋锁

image-20220305022601565

自己的简易自旋锁 
public class spinlocks {
    //    int =0
//    thread = null
    AtomicReference<Thread> atomicReference = new AtomicReference<>();

    //    加锁操作
    public void mylock() {
        Thread thread = Thread.currentThread();
        System.out.println(thread.getName() + "=> mylock");
        while (!atomicReference.compareAndSet(null, thread)) {
        }
    }

    //    解锁
    public void myunlock() {
        Thread thread = Thread.currentThread();
        System.out.println(thread.getName() + "=> myUnlock");
        atomicReference.compareAndSet(thread, null);
    }
}

class test {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        //底层使用 CAS 自旋锁
        spinlocks lock = new spinlocks();
        new Thread(() -> {
            lock.mylock();
            try {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(5);
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            } finally {
                lock.myunlock();
            }
        }, "t1").start();
        TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
        new Thread(() -> {
            lock.mylock();
            try {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            } finally {
                lock.myunlock();
            }
        }, "t2").start();
    }
}

4、死锁

什么是死锁： 互相争抢锁的过程

image-20220305023700803

死锁测试，如何排查死锁

public class DeadLockDemo {
    public static void main(String[] args) {
        String a = "lockA";
        String b = "lockB";
        new Thread(new mythread(a, b), "t1").start();
        new Thread(new mythread(b, a), "t2").start();
    }
}

class mythread implements Runnable {
    private String a;
    private String b;

    public mythread(String a, String b) {
        this.a = a;
        this.b = b;
    }

    @Override
    public void run() {
        synchronized (a) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "lock=>" + a + "lock=>" + b);
            try {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            synchronized (b) {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "lock=>" + b + "lock=>" + a);
            }
        }
    }
}
解决问题

1、使用 ==jps -l== 定位 进程

image-20220305025155109

2、 使用==jstack==+进程号 2916

image-20220305025252482

面试或者工作中，排查锁的问题：

  1. 日志 百分之九十
  2. 堆栈 百分之十
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