【小家java】JUC并发编程之Synchronized和Lock、ReadWriteLock、ReentantLock的使用以及原理剖析(下)

简介: 【小家java】JUC并发编程之Synchronized和Lock、ReadWriteLock、ReentantLock的使用以及原理剖析(下)

附录:锁的相关概念介绍


1.可重入锁


如果锁具备可重入性,则称作为可重入锁。像synchronized和ReentrantLock都是可重入锁,可重入性在我看来实际上表明了锁的分配机制:基于线程的分配,而不是基于方法调用的分配。举个简单的例子,当一个线程执行到某个synchronized方法时,比如说method1,而在method1中会调用另外一个synchronized方法method2,此时线程不必重新去申请锁,而是可以直接执行方法method2。


class MyClass {
    public synchronized void method1() {
        method2();
    }
    public synchronized void method2() {
    }
}


上述代码中的两个方法method1和method2都用synchronized修饰了,假如某一时刻,线程A执行到了method1,此时线程A获取了这个对象的锁,而由于method2也是synchronized方法,假如synchronized不具备可重入性,此时线程A需要重新申请锁。但是这就会造成一个问题,因为线程A已经持有了该对象的锁,而又在申请获取该对象的锁,这样就会线程A一直等待永远不会获取到的锁。

而由于synchronized和Lock都具备可重入性,所以不会发生上述现象。

2.可中断锁


顾名思义,就是可以相应中断的锁。在Java中,synchronized就不是可中断锁,而Lock是可中断锁。


如果某一线程A正在执行锁中的代码,另一线程B正在等待获取该锁,可能由于等待时间过长,线程B不想等待了,想先处理其他事情,我们可以让它中断自己或者在别的线程中中断它,这种就是可中断锁。


在前面演示lockInterruptibly()的用法时已经体现了Lock的可中断性。


3.公平锁

公平锁即尽量以请求锁的顺序来获取锁。比如同是有多个线程在等待一个锁,当这个锁被释放时,等待时间最久的线程(最先请求的线程)会获得该所,这种就是公平锁。 非公平锁即无法保证锁的获取是按照请求锁的顺序进行的。这样就可能导致某个或者一些线程永远获取不到锁。


在Java中,synchronized就是非公平锁,它无法保证等待的线程获取锁的顺序。而对于ReentrantLock和ReentrantReadWriteLock,它默认情况下是非公平锁,但是可以设置为公平锁。


咱们看看ReentrantLock的源码,为啥可以设置为公平锁呢?

static final class NonfairSync extends Sync {}
static final class FairSync extends Sync {}


在ReentrantLock中定义了2个静态内部类,一个是NotFairSync,一个是FairSync,分别用来实现非公平锁和公平锁。我们可以在创建ReentrantLock对象时,通过以下方式来设置锁的公平性:


ReentrantLock lock = new ReentrantLock(true); //如果参数为true表示为公平锁,为fasle为非公平锁。默认情况下,如果使用无参构造器,则是非公平锁。


另外在ReentrantLock类中定义了很多方法,比如:


isFair() //判断锁是否是公平锁


isLocked() //判断锁是否被任何线程获取了


isHeldByCurrentThread() //判断锁是否被当前线程获取了


hasQueuedThreads() //判断是否有线程在等待该锁

读写锁 ReadWriteLock


public interface ReadWriteLock {
    Lock readLock();
    Lock writeLock();
}


读写锁将对一个资源(比如文件)的访问分成了2个锁,一个读锁和一个写锁。

正因为有了读写锁,才使得多个线程之间的读操作不会发生冲突。

ReadWriteLock就是读写锁,它是一个接口,ReentrantReadWriteLock实现了这个接口。可以通过readLock()获取读锁,通过writeLock()获取写锁。


ReentrantReadWriteLock支持以下功能:


     ReentrantReadWriteLock 也是基于AQS实现的,它的自定义同步器(继承AQS)需要在同步状态(一个整型变量state)上维护多个读线程和一个写线程的状态,使得该状态的设计成为读写锁实现的关键。


1.支持公平和非公平的获取锁的方式;


2.支持可重入。读线程在获取了读锁后还可以获取读锁;写线程在获取了写锁之后既可以再次获取写锁又可以获取读锁;


3.读取锁和写入锁都支持锁获取期间的中断;


4.Condition支持。仅写入锁提供了一个 Conditon 实现;读取锁不支持 Conditon ,readLock().newCondition() 会抛出 UnsupportedOperationException。


如果你的代码只读数据,可以很多人同时读,但不能同时写,那就上读锁;如果你的代码修改数据,只能有一个人在写,且不能同时读取,那就上写锁。总之,读的时候上读锁,写的时候上写锁!


读写锁的机制:


      “读-读” 不互斥


      “读-写” 互斥


      “写-写” 互斥


线程进入读锁的前提条件: 1. 没有其他线程的写锁 2. 没有写请求,或者有写请求但调用线程和持有锁的线程是同一个线程

进入写锁的前提条件:1. 没有其他线程的读锁 2. 没有其他线程的写锁


读写锁使用场景

利用读读的不互斥性,可以大大的提高读的性能:


/**
 * 读读(非阻塞)、读写(阻塞)、写写(阻塞)
 * <p>
 * 以下demo,不用读写锁,要花费20秒。 使用读写锁,远小于花费20秒(2s左右)
 *
 * @author fangshixiang
 * @description //
 * @date 2018/12/16 20:30
 */
public class ReadWriteLockDemo {
    private int value;
    //读方法 读取value的时候上读锁
    public int handleRead(Lock lock) {
        try {
            lock.lock();//模拟读操作
            Thread.sleep(1000);//模拟耗时
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            lock.unlock();
        }
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "读取到的值为:" + this.value);
        return this.value;
    }
    //写方法 写如新的value值
    public void handleWrite(Lock lock, int newValue) {
        try {
            lock.lock();
            Thread.sleep(1000); //模拟耗时
            this.value = newValue;
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }
    //=========================main方法模拟=========================
    //读写锁
    private static ReadWriteLock readWriteLock = new ReentrantReadWriteLock();
    private static Lock readLock = readWriteLock.readLock();//获取读锁
    private static Lock writeLock = readWriteLock.writeLock();//获取写锁
    public static void main(String[] args) {
        final ReadWriteLockDemo readWriteLockDemo = new ReadWriteLockDemo();
        //读线程
        Runnable readRunable = () -> readWriteLockDemo.handleRead(readLock);
        //写线程
        Runnable writeRunable = () -> readWriteLockDemo.handleWrite(writeLock, new Random().nextInt(1000));
        //18个线程同事读
        for (int i = 0; i < 18; i++) {
            new Thread(readRunable).start();
        }
        //2个线程去写
        for (int i = 18; i < 20; i++) {
            new Thread(writeRunable).start();
        }
    }
}


运行:打印的日志几乎是秒输出,都在sleep的1s同时完成。而这个时候,如果我把lock换成普通的锁:


private static Lock lock = new ReentrantLock();
//把对应的锁传进去
readWriteLockDemo.handleRead(lock);
readWriteLockDemo.handleWrite(lock, new Random().nextInt(1000))


这样再运行:可以明显的看到,日志是隔1s输出一条,然后总体耗时大大的延长了。因此通过此例子我们看出,读写锁的正确使用,能够大大的提高我们的读、写效率。


面试题


最后此处我附上几个面试题,答案都是我自己书写的,若有异议,请留言指出:


image.png


答案:100 100 100(不存在线程安全问题,因为每个worker都是new出来,独享一份)


image.png


答案:100 101 102(不存在线程安全问题,因为调用的run方法相当于单线程的顺序执行了)


image.png


答案:很多种可能性(显然就存在线程安全问题了,因为只有一个worker,而3个线程共享count变量) Tips:若你本地没有发现问题,可借助sleep把问题放大

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