【大厂Java并发编程面试题解】显式锁(Explicit Locks)(下)

简介: Java5之前只能用synchronized和volatile,Java5后Doug Lea提供了ReentrantLock,并非为了替代内置锁,而是当内置锁的机制不适用时,作为一种可选择的高级功能。 内置锁不适用的场景包括: 无法中断一个正在等待获取锁的线程 无限的锁等待 内置锁必须放在代码块里(编程有些局限性) 所以提供了J.U.C的Lock接口及实现。

4 性能考虑因素

Java5的时候J.U.C的ReentrantLock锁竞争性能非常好,到了Java6使用了改进后的算法来管理内置锁,所以现在差不太多了,只好一点点

竞争性能的影响可伸缩性的关键要素:如果有越多的资源被耗费在锁的管理和线程调度上,那么应用程序得到的资源就越少,锁的实现方式越好,将需要越少的系统调用和上下文切换。

5 公平性

ReentrantLock默认创建非公平的锁,非公平指被阻塞挂起的线程(LockSupport.park)都在AQS的CLH队列中排队等待自己被唤醒。他们是按照发出的请求顺序来排队的,但一旦有一个唤醒的就会和新来的线程竞争锁,新来的可能会“插队”。若新来的成功获取锁,那么它将跳过所有等待线程而开始执行,这意味着本该被唤醒的线程失败了,对不起您回到队列的尾部继续等。


一般,非公平锁的性能要好于公平锁。

因为一个线程被唤醒是需要时间的,挂起线程和唤醒恢复线程都存在开销,这个空隙如果有其他线程处于ready状态,无需上下文切换,那么直接运行就行。


A持有锁,B请求,但B在恢复的过程中,C可以插队"非公平"的获取锁,然后执行再释放,这时候B刚刚好做完上下文切换可以执行,这个对于B和C来说是一个“双赢”的局面,是提高吞吐量的原因。


JVM也没有在其内置锁上采用公平性的机制。

6 选型

除非使用到3提到的高级特性,或者内置锁无法满足需求时,否则还是老实用内置锁,毕竟是JVM自身提供的,而不是靠类库,因此可能会执行一些优化。


另外内置锁在利用kill -3 dump thread的时候可以发现栈帧上的一些monitor lock的信息,识别死锁,而J.U.C的锁这方面就不太行,当然JAVA6之后提供了管理和调试接口解决了。


7 读-写锁

ReentrantLock每次只有一个线程能持有锁,但是这种严格的互斥也会抑制并发。会抑制

  • 写/写
  • 写/读
  • 读/读

冲突,但是很多情况下读操作是非常多的,如果放宽加锁的需求,允许多个读操作可以同时访问数据,那么就可以提升性能。

但是要保证读取的数据是最新的,不会有其他线程修改数据

使用ReadWriteLock的场景:

  • 一个资源可以被多个读操作访问
  • 被一个写操作访问
  • 但二者不能同时进行

如果读线程正在持有锁,这时候另外一个写线程,那么会优先获取写锁:

public class ReadWriteMap<K, V> {
    private final Map<K, V> map;
    private final ReadWriteLock lock=new ReentrantReadWriteLock();
    private final Lock r=lock.readLock();
    private final Lock w=lock.writeLock();
    public ReadWriteMap(Map<K, V> map) {
        this.map=map;
    }
    public V put(K key, V value) {
        w.lock();
        try {
            return map.put( key, value );
        } finally {
            w.unlock();
        }
    }
    public V remove(Object key) {
        w.lock();
        try {
            return map.remove( key );
        } finally {
            w.unlock();
        }
    }
    public void putAll(Map<? extends K, ? extends V> m) {
        w.lock();
        try {
            map.putAll( m );
        } finally {
            w.unlock();
        }
    }
    public void clear() {
        w.lock();
        try {
            map.clear();
        } finally {
            w.unlock();
        }
    }
    public V get(Object key) {
        r.lock();
        try {
            return map.get( key );
        } finally {
            r.unlock();
        }
    }
    public int size() {
        r.lock();
        try {
            return map.size();
        } finally {
            r.unlock();
        }
    }
    public boolean isEmpty() {
        r.lock();
        try {
            return map.isEmpty();
        } finally {
            r.unlock();
        }
    }
    public boolean containsKey(Object key) {
        r.lock();
        try {
            return map.containsKey( key );
        } finally {
            r.unlock();
        }
    }
    public boolean containsValue(Object value) {
        r.lock();
        try {
            return map.containsValue( value );
        } finally {
            r.unlock();
        }
    }
}
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