Lock和synchronized

• 锁是一种工具，用于控制对共享资源的访问
• Lock和synchronized，这两个是最创建的锁，他们都可以达到线程安全的目的，但是使用和功能上有较大不同
• Lock不是完全替代synchronized的，而是当使用synchronized不合适或不足以满足要求的时候，提供高级功能 
• Lock 最常见的是ReentrantLock实现

为啥需要Lock

• syn效率低：锁的释放情况少，试图获得锁时不能设定超时，不能中断一个正在试图获得锁的线程
• 不够灵活，加锁和释放的时机单一，每个锁仅有一个单一的条件(某个对象),可能是不够的
• 无法知道是否成功获取到锁

主要方法

Lock();     

最普通的获取锁，**实践是finally中释放锁，保证发生异常的时候锁一定被释放

    /      * 描述：Lock不会像syn一样，异常的时候自动释放锁      *      所以**实践是finally中释放锁，保证发生异常的时候锁一定被释放      */     private static Lock lock = new ReentrantLock();       public static void main(String[] args) {         lock.lock();         try {             //获取本锁保护的资源             System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "开始执行任务");         } finally {             lock.unlock();         }     }

tryLock(long time,TimeUnit unit)；超时就放弃

用来获取锁，如果当前锁没有被其它线程占用，则获取成功，则返回true，否则返回false，代表获取锁失败

讯享网/      * 描述：用TryLock避免死锁      */     static class TryLockDeadlock implements Runnable {           int flag = 1;           static Lock lock1 = new ReentrantLock();         static Lock lock2 = new ReentrantLock();           @Override         public void run() {             for (int i = 0; i < 100; i++) {                 if (flag == 1) {                     try {                         if (lock1.tryLock(800, TimeUnit.MILLISECONDS)) {                             try {                                 System.out.println("线程1获取到了锁1");                                 Thread.sleep(new Random().nextInt(1000));                                 if (lock2.tryLock(800,TimeUnit.MILLISECONDS)){                                     try {                                         System.out.println("线程1获取到了锁2");                                         System.out.println("线程1成功获取到了2把锁");                                         break;                                     }finally {                                         lock2.unlock();                                     }                                 }else{                                     System.out.println("线程1获取锁2失败，已重试");                                 }                             } finally {                                 lock1.unlock();                                 Thread.sleep(new Random().nextInt(1000));                             }                         } else {                             System.out.println("线程1获取锁1失败，已重试");                         }                     } catch (InterruptedException e) {                         e.printStackTrace();                     }                 }                   if (flag == 0) {                     try {                         if (lock2.tryLock(3000, TimeUnit.MILLISECONDS)) {                             try {                                 System.out.println("线程2获取到了锁2");                                 Thread.sleep(new Random().nextInt(1000));                                 if (lock1.tryLock(800,TimeUnit.MILLISECONDS)){                                     try {                                         System.out.println("线程2获取到了锁1");                                         System.out.println("线程2成功获取到了2把锁");                                         break;                                     }finally {                                         lock1.unlock();                                     }                                 }else{                                     System.out.println("线程2获取锁1失败，已重试");                                 }                             } finally {                                 lock2.unlock();                                 Thread.sleep(new Random().nextInt(1000));                             }                         } else {                             System.out.println("线程2获取锁2失败，已经重试");                         }                     } catch (InterruptedException e) {                         e.printStackTrace();                     }                 }             }         }           public static void main(String[] args) {             TryLockDeadlock r1 = new TryLockDeadlock();             TryLockDeadlock r2 = new TryLockDeadlock();             r1.flag = 1;             r2.flag = 0;             new Thread(r1).start();             new Thread(r2).start();         }     }   执行结果： 线程1获取到了锁1 线程2获取到了锁2 线程1获取锁2失败，已重试 线程2获取到了锁1 线程2成功获取到了2把锁 线程1获取到了锁1 线程1获取到了锁2 线程1成功获取到了2把锁

lockInterruptibly(); 中断

相当于tryLock(long time,TimeUnit unit) 把超时时间设置为无限，在等待锁的过程中，线程可以被中断

/      * 描述：获取锁的过程中，中断了      */     static class LockInterruptibly implements Runnable {           private Lock lock = new ReentrantLock();           @Override         public void run() {             System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "尝试获取锁");             try {                 lock.lockInterruptibly();                 try {                     System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "获取到了锁");                     Thread.sleep(5000);                 } catch (InterruptedException e) {                     System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "睡眠中被中断了");                 } finally {                     lock.unlock();                     System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "释放了锁");                 }             } catch (InterruptedException e) {                 System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "等锁期间被中断了");             }         }           public static void main(String[] args) {             LockInterruptibly lockInterruptibly = new LockInterruptibly();             Thread thread0 = new Thread(lockInterruptibly);             Thread thread1 = new Thread(lockInterruptibly);             thread0.start();             thread1.start();             try {                 Thread.sleep(2000);             } catch (InterruptedException e) {                 e.printStackTrace();             }             thread0.interrupt();         }     }   执行结果： Thread-0尝试获取锁 Thread-1尝试获取锁 Thread-0获取到了锁 Thread-0睡眠中被中断了 Thread-0释放了锁 Thread-1获取到了锁 Thread-1释放了锁

Java锁分类：

讯享网

乐观锁和悲观锁：

乐观锁：

• 比较乐观，认为自己在处理操作的时候，不会有其它线程来干扰，所以并不会锁住操作对象
• 在更新的时候，去对比我修改期间的数据有没有被改变过，如没有，就正常的修改数据
• 如果数据和我一开始拿到的不一样了，说明其他人在这段时间内改过，会选择放弃，报错，重试等策略
• 乐观锁的实现一般都是利用CAS算法来实现的

劣势：

可能造成ABA问题，就是不知道是不是修改过

使用场景：

适合并发写入少的情况，大部分是读取的场景，不加锁的能让读取的性能大幅提高

悲观锁：

比较悲观，认为如果我不锁住这个资源，别人就会来争抢，就会造成数据结果错误，所以它会锁住操作对象，Java中悲观锁的实现就是syn和Lock相关类

劣势：

• 阻塞和唤醒带来的性能劣势
• 如果持有锁的线程被永久阻塞，比如遇到了无限循环，死锁等活跃性问题，那么等待该线程释放锁的那几个线程，永远也得不到执行
• 优先级反转，优先级低的线程拿到锁不释放或释放的比较慢，就会造成这个问题

使用场景：

适合并发写入多的情况，适用于临界区持锁时间比较长的情况：

• 临界区有IO操作

  

• 临界区代码复杂或者循环量大
• 临界区竞争非常激烈

可重入锁：

• 可重入就是说某个线程已经获得某个锁，可以再次获取锁而不会出现死锁
• ReentrantLock 和 synchronized 都是可重入锁

讯享网// 递归调用演示可重入锁     static class RecursionDemo{           public static ReentrantLock lock = new ReentrantLock();           private static void accessResource(){             lock.lock();             try {                 System.out.println("已经对资源处理了");                 if (lock.getHoldCount() < 5){                     System.out.println("已经处理了"+lock.getHoldCount()+"次");                     accessResource();                 }             }finally {                 lock.unlock();             }         }           public static void main(String[] args) {             new RecursionDemo().accessResource();         }     }     执行结果： 已经对资源处理了 已经处理了1次 已经对资源处理了 已经处理了2次 已经对资源处理了 已经处理了3次 已经对资源处理了 已经处理了4次 已经对资源处理了

ReentrantLock的其它方法

• isHeldByCurrentThread 可以看出锁是否被当前线程持有
• getQueueLength()可以返回当前正在等待这把锁的队列有多长，一般这两个方法是开发和调试时候使用，上线后用到的不多

公平锁和非公平锁

• 公平指的是按照线程请求的顺序，来分配锁；
• 非公平指的是，不完全按照请求的顺序，在一定情况下，可以插队
• 非公平锁可以避免唤醒带来的空档期

/  * 描述：演示公平锁和非公平锁  */ class FairLock{       public static void main(String[] args) {         PrintQueue printQueue = new PrintQueue();         Thread[] thread = new Thread[10];         for (int i = 0; i < 10; i++) {             thread[i] = new Thread(new Job(printQueue));         }           for (int i = 0; i < 5; i++) {             thread[i].start();             try {                 Thread.sleep(100);             } catch (InterruptedException e) {                 e.printStackTrace();             }         }     }   }   class Job implements Runnable{       PrintQueue printQueue;       public Job(PrintQueue printQueue) {         this.printQueue = printQueue;     }       @Override     public void run() {         System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"开始打印");         printQueue.printJob(new Object());         System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"打印完成");     } }   class PrintQueue{         // true 公平，false是非公平     private  Lock queueLock = new ReentrantLock(true);     public void printJob(Object document){         queueLock.lock();         try {             int duration = new Random().nextInt(10)+1;             System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"正在打印，需要"+duration+"秒");             Thread.sleep(duration * 1000);         } catch (InterruptedException e) {             e.printStackTrace();         } finally {             queueLock.unlock();         }           queueLock.lock();         try {             int duration = new Random().nextInt(10)+1;             System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"正在打印，需要"+duration+"秒");             Thread.sleep(duration * 1000);         } catch (InterruptedException e) {             e.printStackTrace();         } finally {             queueLock.unlock();         }       } }   执行结果： Thread-0开始打印 Thread-0正在打印，需要10秒 Thread-1开始打印 Thread-2开始打印 Thread-3开始打印 Thread-4开始打印 Thread-1正在打印，需要2秒 Thread-2正在打印，需要2秒 Thread-3正在打印，需要2秒 Thread-4正在打印，需要4秒 Thread-0正在打印，需要2秒 Thread-0打印完成 Thread-1正在打印，需要7秒 Thread-1打印完成 Thread-2正在打印，需要8秒 Thread-2打印完成 Thread-3正在打印，需要3秒 Thread-3打印完成 Thread-4正在打印，需要8秒 Thread-4打印完成   true改为false演示非公平锁： Lock queueLock = new ReentrantLock(false); 执行结果： Thread-0正在打印，需要7秒 Thread-1开始打印 Thread-2开始打印 Thread-3开始打印 Thread-4开始打印 Thread-0正在打印，需要9秒 Thread-0打印完成 Thread-1正在打印，需要3秒 Thread-1正在打印，需要2秒 Thread-1打印完成 Thread-2正在打印，需要4秒 Thread-2正在打印，需要7秒 Thread-2打印完成 Thread-3正在打印，需要10秒 Thread-3正在打印，需要2秒 Thread-3打印完成 Thread-4正在打印，需要7秒 Thread-4正在打印，需要8秒 Thread-4打印完成

共享锁和排它锁：

• 排它锁，又称为独占锁，独享锁
• 共享锁，又称为读锁，获得共享锁之后，可以查看但无法修改和删除数据，其他线程此时也可以获取到共享锁，也可以查看但无法修改和删除数据
• 共享锁和排它锁的典型是读写锁 ReentrantReadWriteLock,其中读锁是共享锁，写锁是独享锁

读写锁的作用：

• 在没有读写锁之前，我们假设使用ReentrantLock，那么虽然我们保证了线程安全，但是也浪费了一定的资源：多个读操作同时进行，并没有线程安全问题
• 在读的地方使用读锁，在写的地方使用写锁，灵活控制，如果没有写锁的情况下，读是无阻塞的，提高了程序的执行效率

读写锁的规则：

• 多个线程值申请读锁，都可以申请到
• 要么一个或多个一起读，要么一个写，两者不会同时申请到，只能存在一个写锁

讯享网/  * 描述：演示可以多个一起读，只能一个写  */ class CinemaReadWrite{     private static ReentrantReadWriteLock reentrantReadWriteLock = new ReentrantReadWriteLock();     private static ReentrantReadWriteLock.ReadLock readLock = reentrantReadWriteLock.readLock();     private static ReentrantReadWriteLock.WriteLock writeLock = reentrantReadWriteLock.writeLock();       private static void read(){         readLock.lock();         try {             System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "得到了读锁，正在读取");             Thread.sleep(1000);         } catch (InterruptedException e) {             e.printStackTrace();         } finally {             System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "释放了读锁");             readLock.unlock();         }     }       private static void write(){         writeLock.lock();         try {             System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "得到了写锁，正在写入");             Thread.sleep(1000);         } catch (InterruptedException e) {             e.printStackTrace();         } finally {             System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "释放了写锁");             writeLock.unlock();         }     }       public static void main(String[] args) {         new Thread(()-> read(),"Thrad1").start();         new Thread(()-> read(),"Thrad2").start();         new Thread(()-> write(),"Thrad3").start();         new Thread(()-> write(),"Thrad4").start();     } }   执行结果： Thrad1得到了读锁，正在读取 Thrad2得到了读锁，正在读取 Thrad2释放了读锁 Thrad1释放了读锁 Thrad3得到了写锁，正在写入 Thrad3释放了写锁 Thrad4得到了写锁，正在写入 Thrad4释放了写锁

读锁和写锁的交互方式：

读锁插队策略：

• 公平锁：不允许插队
• 非公平锁：写锁可以随时插队，读锁仅在等待队列头节点不是想获取写锁线程的时候可以插队

自旋锁和阻塞锁

• 让当前线程进行自旋，如果自旋完成后前面锁定同步资源的线程已经释放了锁，那么当前线程就可以不必阻塞而是直接获取同步资源，从而避免切换线程的开销。这就是自旋锁。
• 阻塞锁和自旋锁相反，阻塞锁如果遇到没拿到锁的情况，会直接把线程阻塞，知道被唤醒

自旋缺点：

• 如果锁被占用的时间很长，那么自旋的线程只会白浪费处理器资源
• 在自旋的过程中，一直消耗cpu，所以虽然自旋锁的起始开销低于悲观锁，但是随着自旋的时间增长，开销也是线性增长的

原理：

• 在Java1.5版本及以上的并发框架java.util.concurrent 的atmoic包下的类基本都是自旋锁的实现
• AtomicInteger的实现：自旋锁的实现原理是CAS,AtomicInteger中调用unsafe 进行自增操作的源码中的do-while循环就是一个自旋操作，如果修改过程中遇到其他线程竞争导致没修改成功，就在while里死循环直至修改成功

/  * 描述：自旋锁演示  */ class SpinLock{     private AtomicReference<Thread> sign = new AtomicReference<>();       public void lock(){         Thread currentThread = Thread.currentThread();         while (!sign.compareAndSet(null,currentThread)){             System.out.println("自旋获取失败，再次尝试");         }     }       public void unLock(){         Thread currentThread = Thread.currentThread();         sign.compareAndSet(currentThread,null);     }       public static void main(String[] args) {         SpinLock spinLock = new SpinLock();         Runnable runnable = new Runnable(){             @Override             public void run(){                 System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"开始尝试自旋锁");                 spinLock.lock();                 System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"获取到了自旋锁");                 try {                     Thread.sleep(1);                 } catch (InterruptedException e) {                     e.printStackTrace();                 }finally {                     spinLock.unLock();                     System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"释放了自旋锁");                 }             }         };           Thread thread1 = new Thread(runnable);         Thread thread2 = new Thread(runnable);         thread1.start();         thread2.start();     } }     执行结果： Thread-0开始尝试自旋锁 Thread-0获取到了自旋锁 Thread-1开始尝试自旋锁 自旋获取失败，再次尝试 自旋获取失败，再次尝试 自旋获取失败，再次尝试 自旋获取失败，再次尝试 自旋获取失败，再次尝试 自旋获取失败，再次尝试 自旋获取失败，再次尝试 自旋获取失败，再次尝试 自旋获取失败，再次尝试 自旋获取失败，再次尝试 自旋获取失败，再次尝试 Thread-0释放了自旋锁 Thread-1获取到了自旋锁 Thread-1释放了自旋锁

使用场景：

• 自旋锁一般用于多核服务器，在并发度不是特别高的情况下，比阻塞锁的效率要高
• 另外，自旋锁适用于临界区比较短小的情况，否则如果临界区很大(线程一旦拿到锁，很久之后才会释放)，那也是不合适的