JUC同步锁

ReentrantLock

ReentrantLock 是什么

java 除了使用关键字 synchronized 外，还可以使用 ReentrantLock 实现独占锁的功能。

ReentrantLock 相比 synchronized 而言功能更加丰富，使用起来更为灵活，也更适合复杂的并发场景。

ReentrantLock 与 Synchronzied 对比

都是独占锁

• synchronized 是独占锁，加锁和解锁的过程自动进行，易于操作，但不够灵活。
• ReentrantLock 也是独占锁，加锁和解锁的过程需要手动进行，不易操作，但非常灵活。

都是可重入锁

• synchronized 可重入锁，因为加锁和解锁自动进行，不必担心最后是否释放锁。
• ReentrantLock 也可重入锁，但加锁和解锁需要手动进行，且次数需一样，否则其他线程无法获得锁。

是否响应中断

• synchronized 不可响应中断，一个线程获取不到锁就一直等着。
• ReentrantLock 可以响应中断。

ReentrantLock 独有的

• ReentrantLock 还可以实现公平锁机制。
• 在锁上等待时间最长的线程将获得锁的使用权。
• 通俗的理解就是谁排队时间最长谁先执行获取锁。

接下来来看看几个 ReentrantLock 的示例如下

可重入锁使用 synchronized 实现

/**
 * @author BNTang
 */
public class ReentrantLock01 {
    synchronized void method1() {
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            SleepTools.sleepSecond(1);
            System.out.println(i);
            
            // 在一个锁当中调用了另一个带有锁的方法
            if (i == 2) {
                methods2();
            }
        }
    }

    synchronized void methods2() {
        System.out.println("methods2 start...");
    }

    public static void main(String[] args) {
        ReentrantLock01 rl = new ReentrantLock01();
        new Thread(rl::method1).start();
    }
}

使用 Reentrantlock 完成可重入锁

/**
 * @author BNTang
 */
public class ReentrantLock02 {
    Lock lock = new ReentrantLock();

    void method1() {
        try {
            // synchronized(this)
            lock.lock();

            for (int i = 0; i < 10; i++) {
                SleepTools.sleepSecond(1);
                System.out.println(i);
            }
        } finally {

            // lock必须手动释放锁，在finally中进行锁的释放
            lock.unlock();
        }
    }

    void methods2() {
        try {
            lock.lock();
            System.out.println("methods2 start...");
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        ReentrantLock02 rl = new ReentrantLock02();
        new Thread(rl::method1).start();
        new Thread(rl::methods2).start();
    }
}

tryLock 进行尝试锁

tryLock 进行尝试锁定，不管锁定与否，方法都将继续执行，根据 tryLock 的返回值来判定是否锁定

/**
 * @author BNTang
 */
public class ReentrantLock03 {
    Lock lock = new ReentrantLock();

    void method1() {
        try {
            // synchronized(this)
            lock.lock();
            for (int i = 0; i < 3; i++) {
                SleepTools.sleepSecond(1);
                System.out.println(i);
            }
        } finally {
            // lock必须手动释放锁，在finally中进行锁的释放
            lock.unlock();
        }
    }

    void methods2() {
        boolean locked = lock.tryLock();

        System.out.println("method start ..." + locked);

        if (locked) {
            lock.unlock();
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        ReentrantLock03 rl = new ReentrantLock03();
        new Thread(rl::method1).start();
        new Thread(rl::methods2).start();
    }
}

/**
 * @author BNTang
 */
public class ReentrantLock04 {
    Lock lock = new ReentrantLock();

    void method1() {
        try {
            // synchronized(this)
            lock.lock();

            for (int i = 0; i < 6; i++) {
                SleepTools.sleepSecond(1);
                System.out.println(i);
            }
        } finally {
            // lock必须手动释放锁，在finally中进行锁的释放
            lock.unlock();
        }
    }

    void methods2() {
        boolean locked = false;
        try {
            // 等待5秒 如果锁还没有释放 就结束 不再等待 如果释放 继续加锁处理
            locked = lock.tryLock(5, TimeUnit.SECONDS);

            System.out.println("method2 start ..." + locked);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            if (locked) {
                lock.unlock();
            }
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        ReentrantLock04 rl = new ReentrantLock04();
        new Thread(rl::method1).start();
        new Thread(rl::methods2).start();
    }
}

线程打断

synchronized 没有办法打断线程

/**
 * @author BNTang
 **/
public class ReentrantLock05 {
    public static void main(String[] args) {

        Thread t1 = new Thread(() -> {
            synchronized (ReentrantLock05.class) {
                System.out.println("thread1 start");
                try {
                    TimeUnit.SECONDS.sleep(5);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                System.out.println("thread1 end");
            }
        });
        t1.start();

        Thread t2 = new Thread(() -> {
            synchronized (ReentrantLock05.class) {
                System.out.println("thread2 start");
                try {
                    TimeUnit.SECONDS.sleep(5);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                System.out.println("thread2 end");
            }
        });
        t2.start();

        try {
            TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        // 打断线程2的等待
        t2.interrupt();
    }
}

lock 打断线程等待

/**
 * @author BNTang
 **/
public class ReentrantLock06 {
    public static void main(String[] args) {
        Lock lock = new ReentrantLock();

        Thread t1 = new Thread(() -> {
            try {
                lock.lock();

                System.out.println("thread1 start");
                TimeUnit.SECONDS.sleep(5);
                System.out.println("thread1 end");
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            } finally {
                lock.unlock();
            }
        });
        t1.start();

        Thread t2 = new Thread(() -> {
            try {
                // lock.lock() 调用此方法不会打断线程
                // 调用lockInterruptibly会打断线程等
                lock.lockInterruptibly();

                System.out.println("thread2 start");
                TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
                System.out.println("thread2 end");
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            } finally {
                lock.unlock();
            }
        });
        t2.start();

        try {
            TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        // 打断线程2的等待
        t2.interrupt();
    }
}

公平锁

/**
 * @author BNTang
 */
public class ReentrantLock07 extends Thread {
    /**
     * 参数为true表示为公平锁
     */
    private static final ReentrantLock LOCK = new ReentrantLock(true);

    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            LOCK.lock();

            try {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "获得锁");
            } finally {
                LOCK.unlock();
            }
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        ReentrantLock07 rl = new ReentrantLock07();

        Thread thread1 = new Thread(rl);
        Thread thread2 = new Thread(rl);
        thread1.start();
        thread2.start();
    }
}

CountDownLatch

CountDownLatch 类的作用

• CountDownLatch 能够使一个线程在等待另外一些线程完成各自工作之后，再继续执行
• 使用一个计数器进行实现。计数器初始值为线程的数量。当每一个线程完成自己任务后，计数器的值就会减一
• CountDownLatch 是一个同步工具类
• 当计数器的值为 0 时，表示所有的线程都已经完成一些任务，然后在 CountDownLatch 上等待的线程就可以恢复执行接下来的任务

CountDownLatch 的用法

/**
 * @author BNTang
 */
public class CountDownLatch01 {
    public static void main(String[] args) {
        // 线程池当中创建三个线程
        ExecutorService service = Executors.newFixedThreadPool(3);

        final CountDownLatch latch = new CountDownLatch(3);

        for (int i = 0; i < 3; i++) {
            Runnable runnable = () -> {
                System.out.println("子线程" + Thread.currentThread().getName() + "开始执行");
                System.out.println("子线程" + Thread.currentThread().getName() + "执行完成");

                // 当前线程调用此方法，则计数器减一
                latch.countDown();
            };

            service.execute(runnable);
        }

        try {
            System.out.println("主线程" + Thread.currentThread().getName() + "等待子线程执行完成...");

            // 阻塞当前线程，直到计数器的值为 0
            latch.await();

            System.out.println("主线程" + Thread.currentThread().getName() + "开始执行...");
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

如上是一个小案例，接下来来看看一个需求：百米赛跑，4 名运动员选手到达场地等待裁判口令，裁判一声口令，选手听到后同时起跑，当所有选手到达终点，裁判进行汇总排名，如下就是代码实现。

/**
 * @author BNTang
 **/
public class CountDownLatch02 {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建线程池
        ExecutorService service = Executors.newCachedThreadPool();

        final CountDownLatch cpOrder = new CountDownLatch(1);

        final CountDownLatch personAnswer = new CountDownLatch(4);

        for (int i = 0; i < 4; i++) {
            Runnable runnable = () -> {
                try {
                    System.out.println("选手" + Thread.currentThread().getName() + "运行员等待枪响...");

                    cpOrder.await();

                    System.out.println("选手" + Thread.currentThread().getName() + "听到指令,开始跑");

                    Thread.sleep((long)(Math.random() * 10000));

                    System.out.println("选手" + Thread.currentThread().getName() + "到达终点");

                    personAnswer.countDown();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            };
            service.execute(runnable);
        }

        try {
            // 所有线程就绪
            SleepTools.sleepSecond(2);

            for (int i = 3; i > 0; i--) {
                System.out.println(i);
                SleepTools.sleepSecond(1);
            }

            System.out.println("裁判开枪   " + Thread.currentThread().getName() + "彭~~~~~");

            cpOrder.countDown();

            System.out.println("裁判" + Thread.currentThread().getName() + "已开枪，等待所有选手到达终点");

            // 终点等待 第一个线程中有countDown方法 四个执行完countDown=0 继续执行后续代码
            personAnswer.await();

            System.out.println("所有选手都到达终点");

            System.out.println("裁判" + Thread.currentThread().getName() + "汇总成绩排名");
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        service.shutdown();
    }
}

CyclicBarrier

CyclicBarrier 是什么

CyclicBarrier 中文意思是 “循环栅栏” 是 java.util.concurrent 包下面的多线程工具类。

它的作用就是会让所有线程都等待完成后才会继续下一步行动。

CyclicBarrier 的基本使用

/**
 * @author BNTang
 **/
public class CountDownLatch03 {
    public static void main(String[] args) {
        // 1.会议需要三个人
        CyclicBarrier cyclicBarrier = new CyclicBarrier(3, () -> {

            // 2、这是三个人都到齐之后会执行的代码
            System.out.println("三个人都已到达会议室");
        });

        // 3、定义三个线程，相当于三个参会的人
        for (int i = 0; i < 3; i++) {
            SleepTools.sleepSecond(1);

            new Thread(() -> {
                SleepTools.sleepSecond(1);
                System.out.println("第" + Thread.currentThread().getName() + "个人到达会议室");
                try {

                    // 5、等待其他人到会议室
                    cyclicBarrier.await();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                } catch (BrokenBarrierException e) {
                    e.printStackTrace();
                }

                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "开始开会");
            }).start();
        }
    }
}

CountDownLatch 和 CyclicBarrier 的区别

Phaser

Phaser 概述

Phaser 是 JDK7 新增的一个同步辅助类，在功能上跟 CyclicBarrier 和 CountDownLatch 差不多。

/**
 * @author BNTang
 */
public class PhaserTest {
    private final static Random RANDOM = new Random();

    static class Task extends Thread {
        private final Phaser phaser;

        Task(Phaser phaser) {
            this.phaser = phaser;
            this.start();
        }

        @Override
        public void run() {
            SleepTools.sleepSecond(RANDOM.nextInt(3));

            System.out.println("线程:" + this.getName() + "完成阶段1");

            // 等待所有线程全部执行完阶段 1 之后才会进入下一个阶段
            phaser.arriveAndAwaitAdvance();

            SleepTools.sleepSecond(RANDOM.nextInt(5));
            System.out.println("线程:" + this.getName() + "完成阶段2");

            phaser.arriveAndAwaitAdvance();
            System.out.println("线程:" + this.getName() + "完成阶段3");

            phaser.arriveAndAwaitAdvance();
            System.out.println("线程:" + this.getName() + "完成");
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        // 参数为参于者,写几, 就要有几个参与线程,如果多的话, 会一直处理阻塞状态
        Phaser phaser = new Phaser(5);

        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            new Task(phaser);
        }
    }
}

/**
 * @author BNTang
 */
public class PhaserTest1 {
    public static void main(String[] args) {
        // 参数为参于者,写几, 就要有几个参与线程,如果多的话, 会一直处理阻塞状态
        WorkPhase phaser = new WorkPhase(3, 5);

        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            new PhaserTest.Task(phaser);
        }
    }
}

class WorkPhase extends Phaser {
    private final int totalPhase;

    WorkPhase(int totalPhase, int parties) {
        super(parties);
        this.totalPhase = totalPhase;
    }

    @Override
    protected boolean onAdvance(int phase, int registeredParties) {
        System.out.println(phase + "期工程完工验收,共" + registeredParties + "期");

        // 返回true 后续的就不会再执行, 返回false后续的内容会继续执行
        return totalPhase == phase || registeredParties == 0;
    }
}

ReadWriteLock

ReadWriteLock 概述

• ReadWriteLock 是一个接口
• ReadWriteLock 管理一组锁，一个是只读的锁，一个是写锁
• Java 并发库中 ReetrantReadWriteLock 实现了 ReadWriteLock 接口并添加了可重入锁的特性

ReadLock

• 读锁。加了读锁的资源， 可以在没有写锁的时候被多个线程共享

如果 t1 线程已经获取了读锁，那么此时存在以下状态：

(1) 如果 t2 线程要申请写锁，则 t2 会一直等待 t1 释放读锁

(2) 如果 t2 线程要申请读锁，则 t2 可以直接访问读锁，也就是说 t1 和 t2 可以共享资源，就和没加锁的效果一样

WriteLock

• 写锁，是独占锁。加了写锁的资源，不能再被其他线程读或写
• 如果 t1 已经获取了写锁，那么此时无论线程 t2 要申请写锁还是读锁，都必须等待 t1 释放写锁

/**
 * @author BNTang
 */
public class ReadWriteLock1 {
    static Lock lock = new ReentrantLock();
    private static int value;

    public void read(Lock lock) {
        lock.lock();
        SleepTools.sleepSecond(1);
        System.out.println("读完");
        lock.unlock();
    }

    public void write(Lock lock, int v) {
        lock.lock();
        SleepTools.sleepSecond(1);
        value = v;
        System.out.println("写完");
        lock.unlock();
    }

    public static void main(String[] args) {
        ReadWriteLock1 wrl = new ReadWriteLock1();

        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            new Thread(() -> {
                wrl.read(lock);
            }).start();
        }

        for (int i = 0; i < 2; i++) {
            new Thread(() -> {
                wrl.write(lock, new Random().nextInt());
            }).start();
        }
    }
}

/**
 * @author BNTang
 */
public class ReadWriteLock2 {
    /**
     * 共享锁与排它锁
     */
    static ReadWriteLock readWriteLock = new ReentrantReadWriteLock();

    static Lock readLock = readWriteLock.readLock();

    static Lock writeLock = readWriteLock.writeLock();

    private static int value;

    public void read(Lock lock) {
        lock.lock();
        SleepTools.sleepSecond(1);
        System.out.println("读完");
        lock.unlock();
    }

    public void write(Lock lock, int v) {
        lock.lock();
        SleepTools.sleepSecond(1);
        value = v;
        System.out.println("写完");
        lock.unlock();
    }

    public static void main(String[] args) {
        ReadWriteLock2 rt = new ReadWriteLock2();

        // 加读锁的时候, 其它的线程也可以获取到锁
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            new Thread(() -> {
                rt.read(readLock);
            }).start();
        }

        // 写锁是独占
        for (int i = 0; i < 2; i++) {
            new Thread(() -> {
                rt.write(writeLock, new Random().nextInt());
            }).start();
        }
    }
}

Semaphore

Semaphore 概述

• Semaphore 通常我们叫它 信号量
• 使用 Semaphore 可以控制同时访问资源的线程个数，例如，实现一个文件允许的并发访问数

举个栗子

• 可以把它简单的理解成我们停车场入口立着的那个显示屏
• 每有一辆车进入停车场显示屏就会显示剩余车位 减1
• 每有一辆车从停车场出去，显示屏上显示的剩余车辆就会 加1
• 当显示屏上的剩余车位为 0 时，停车场入口的栏杆就不会再打开，车辆就无法进入停车场了，直到有一辆车从停车场出去为止

Semaphore 方法

方法名	作用
void acquire()	从此信号量获取一个许可，在提供一个许可前一直将线程阻塞，否则线程被中断
void release()	释放一个许可，将其返回给信号量
int availablePermits()	返回此信号量中当前可用的许可数
boolean hasQueuedThreads()	查询是否有线程正在等待获取

/**
 * @author BNTang
 **/
public class Semaphore01 {

    public static void main(String[] args) {
        Semaphore s = new Semaphore(1);

        new Thread(() -> {
            try {
                s.acquire();

                System.out.println("T1运行中...");
                System.out.println("当前已有" + s.availablePermits() + "个并发");

                Thread.sleep(200);
                System.out.println("T1运行中...");
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            } finally {
                System.out.println("是否有人等待:" + s.hasQueuedThreads());

                System.out.println("T1即将离开");
                s.release();
            }
        }).start();

        new Thread(() -> {
            try {
                s.acquire();

                System.out.println("T2 运行中...");
                System.out.println("当前有" + s.availablePermits() + "个并发");

                Thread.sleep(200);
                System.out.println("T2 运行中...");
                s.release();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            } finally {
                System.out.println("是否有人等待:" + s.hasQueuedThreads());

                System.out.println("T2即将离开");
                s.release();
            }
        }).start();
    }
}

模拟一个需求：

1. 停车场容纳总停车量 10
2. 当一辆车进入停车场后，显示牌的剩余车位数相应的 减1
3. 每有一辆车驶出停车场后，显示牌的剩余车位数相应的 加1
4. 停车场剩余车位不足时，车辆只能在外面等待

/**
 * @author BNTang
 **/
public class Semaphore02 {
    /**
     * 停车场同时容纳的车辆10
     */
    private static final Semaphore semaphore = new Semaphore(10);

    public static void main(String[] args) {
        // 模拟50辆车进入停车场
        for (int i = 0; i < 50; i++) {

            Thread thread = new Thread(() -> {
                try {

                    System.out.println("====" + Thread.currentThread().getName() + "来到停车场");

                    if (semaphore.availablePermits() == 0) {
                        System.out.println("车位不足，请耐心等待");
                    }

                    // 获取令牌尝试进入停车场
                    semaphore.acquire();

                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "成功进入停车场");

                    // 模拟车辆在停车场停留的时间
                    Thread.sleep(new Random().nextInt(10000));

                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "驶出停车场");

                    // 释放令牌，腾出停车场车位
                    semaphore.release();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }, i + "号车");
            thread.start();
        }
    }
}

Exchanger

Exchanger 概述

• Exchanger（交换者）是一个用于线程间协作的工具类
• Exchanger 用于进行线程间的数据交换。它提供一个同步点，在这个同步点两个线程可以交换彼此的数据
• 这两个线程通过 exchange 方法交换数据，如果第一个线程先执行 exchange 方法
• 它会一直等待第二个线程也执行 exchange，当两个线程都到达同步点时，这两个线程就可以交换数据，将本线程生产出来的数据传递给对方

将纸制银流通过人工的方式录入成电子银行流水，为了避免错误，采用 AB 岗两人进行录入，录入到 Excel 之后，系统需要加载这两个 Excel，并对这两个 Excel 数据进行校对，看看是否录入的一致。

/**
 * @author BNTang
 **/
public class Exchanger01 {
    private static Exchanger<String> ec = new Exchanger<>();

    private static ExecutorService threadPool = Executors.newFixedThreadPool(2);

    public static void main(String[] args) {
        threadPool.execute(() -> {
            try {
                // A录入银行流水数据
                String A = "银行流水A";

                String exchange = ec.exchange(A);

                System.out.println(exchange);
            } catch (InterruptedException e) {
            }
        });

        threadPool.execute(() -> {
            try {
                // B录入银行流水数据
                String B = "银行流水B";
                String A = ec.exchange(B);

                System.out.println("A和B数据是否一致：" + A.equals(B));

                System.out.println("A录入的是:" + A);
                System.out.println("B录入的是:" + B);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        });
        
        threadPool.shutdown();
    }
}

LockSupport

LockSupport 是什么

• LockSupport 是一个并发编程工具类，主要是为了阻塞和唤醒线程用的
• 可以让线程在任意位置阻塞，也可以在任意位置唤醒

LockSupport 方法

方法名	作用
park()	阻塞线程
unpark(需要唤醒的线程)	启动唤醒线程

LockSupport 与 wait 和 notify 的区别

获取锁

• wait 和 notify 都是 Object 中的方法，在调用这两个方法前必须先获得锁对象
• park 不需要获取某个对象的锁就可以锁住线程

唤醒

• notify 只能随机选择一个线程唤醒
• 无法唤醒指定的线程，unpark 却可以唤醒一个指定的线程

/**
 * @author BNTang
 */
public class LockSupportTest1 {
    public static void main(String[] args) {

        Thread thread = new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < 10; i++) {

                System.out.println(i);

                if (i == 3) {
                    LockSupport.park();
                }

                SleepTools.sleepSecond(1);
            }
        });

        thread.start();
    }
}

/**
 * @author BNTang
 */
public class LockSupportTest1 {
    public static void main(String[] args) {

        Thread thread = new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < 10; i++) {

                System.out.println(i);

                if (i == 3) {
                    LockSupport.park();
                }

                SleepTools.sleepSecond(1);
            }
        });

        thread.start();

        // 先interrupt 时, 程序不会被阻塞
        thread.interrupt();
    }
}

/**
 * @author BNTang
 */
public class LockSupportTest1 {
    public static void main(String[] args) {

        Thread thread = new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < 10; i++) {

                System.out.println(i);

                if (i == 3) {
                    LockSupport.park();
                }

                SleepTools.sleepSecond(1);
            }
        });

        thread.start();

        SleepTools.sleepSecond(1);
        // 当先执行unpark时, 程序不会被阻塞
        LockSupport.unpark(thread);
    }
}