java中的锁
记录一下公平锁，非公平锁，可重入锁（递归锁），读写锁，自旋锁的概念，以及一些和锁有关的java类。
公平锁与非公平锁：
公平锁就是在多线程环境下，每个线程在获取锁时，先查看这个锁维护的队列，如果队列为空或者自身就是等待队列的第一个，就占有锁。否则就加入到等待队列中，按照FIFO的顺序依次占有锁。
非公平锁会一上来就试图占有锁，如果占有失败，再按照公平锁的方式等待。
公平锁和非公平锁可以用 Lock lock = new ReentrantLock(boolean fair)的方式创建（默认为非公平锁，相当于fair为false）。Synchronized是一种非公平锁。非公平锁的优点在于吞吐量比公平锁大
java.util.concurrent.locks.ReentrantLock$FairSync.java //公平获取锁 protected final boolean tryAcquire( int acquires) { final Thread current = Thread.currentThread(); int c = getState(); //状态为0，说明当前没有线程占有锁 if (c == 0 ) { //如果当前线程是等待队列的第一个或者等待队列为空，则通过cas指令设置state为1，当前线程获得锁 if (isFirst(current) && compareAndSetState( 0 , acquires)) { setExclusiveOwnerThread(current); return true ; } } //如果当前线程本身就持有锁，那么叠加状态值，持续获得锁 else if (current == getExclusiveOwnerThread()) { int nextc = c + acquires; if (nextc < 0 ) throw new Error( "Maximum lock count exceeded" ); setState(nextc); return true ; } //以上条件都不满足，那么线程进入等待队列。 return false ; } //非公平占有锁 final boolean nonfairTryAcquire(int acquires) { final Thread current = Thread.currentThread(); int c = getState(); if (c == 0) { //如果当前没有线程占有锁，当前线程直接通过cas指令占有锁 if (compareAndSetState(0, acquires)) { setExclusiveOwnerThread(current); return true; } } else if (current == getExclusiveOwnerThread()) { int nextc = c + acquires; if (nextc < 0) // overflow throw new Error("Maximum lock count exceeded"); setState(nextc); return true; } return false; }
可重入锁：
可重入锁又叫递归锁，其实就是ReentrantLock。reentrant 译为可重入，意味着线程可以进入它已经拥有的锁的同步代码块。
同一个线程在外层方法获取锁的时候，在进入内层方法仍然会自动获取锁。
它有一个与锁相关的获取计数器，如果拥有锁的某个线程再次得到锁，那么获取计数器就加1，然后锁需要被释放两次才能获得真正释放。这模仿了 synchronized 的语义；如果线程进入由线程已经拥有的监控器保护的 synchronized 块，就允许线程继续进行，当线程退出第二个（或者后续） synchronized 块的时候，不释放锁，只有线程退出它进入的监控器保护的第一个 synchronized 块时，才释放锁。
下面引用一个可重入锁和不可重入的设计（https://blog.csdn.net/u012545728/article/details/80843595）
//可重入锁的设计 public class MyReentrantLock{ boolean isLocked = false; Thread lockedBy = null; int lockedCount = 0; public synchronized void lock() throws InterruptedException{ Thread thread = Thread.currentThread(); while(isLocked && lockedBy != thread){ wait(); } isLocked = true; lockedCount++; lockedBy = thread; } public synchronized void unlock(){ if(Thread.currentThread() == this.lockedBy){ lockedCount--; if(lockedCount == 0){ isLocked = false; notify(); } } } } //不可重入锁的设计 public class UnReentrantLock{ private boolean isLocked = false; public synchronized void lock() throws InterruptedException{ while(isLocked){ wait(); } isLocked = true; } public synchronized void unlock(){ isLocked = false; notify(); } }
自旋锁：
是指当一个线程在获取锁的时候，如果锁已经被其它线程获取，那么该线程将循环等待，直到获取到锁。
自旋锁的优点是不会使线程状态发生切换，一直处于用户态，即线程一直都是active的；不会使线程进入阻塞状态，减少了不必要的上下文切换。
自旋锁的缺点是如果一个线程长时间不释放锁，就会使其它线程循环等待，消耗CPU。不公平的锁无法满足等待时间最长的线程优先获取锁，可能存在“线程饥饿”问题。
自旋锁的代码实现：
1 public class SpinLockDemo { 2 private AtomicReference<Thread> atomicReference= new AtomicReference<>(); 3 4 public void myLock(){ 5 Thread thread = Thread.currentThread(); 6 //在期望线程是null的时候,设置为当前进程,退出循环,其他线程进来将进入循环 7 while (!atomicReference.compareAndSet(null,thread)){ 8 System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"线程等待中"); 9 } 10 System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"线程进入"); 11 12 } 13 14 public void myUnlock(){ 15 Thread thread = Thread.currentThread(); 16 //将原子线程引用的当前线程设置为null时才会退出循环 17 System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"线程结束"); 18 while (!atomicReference.compareAndSet(thread,null)){ 19 } 20 } 21 22 public static void main(String[] args){ 23 SpinLockDemo spinLockDemo = new SpinLockDemo(); 24 new Thread(()->{ 25 spinLockDemo.myLock(); 26 try { 27 TimeUnit.MICROSECONDS.sleep(300); 28 } catch (InterruptedException e) { 29 e.printStackTrace(); 30 } 31 spinLockDemo.myUnlock(); 32 },"t1").start(); 33 34 new Thread(()->{ 35 spinLockDemo.myLock(); 36 try { 37 TimeUnit.MICROSECONDS.sleep(300); 38 } catch (InterruptedException e) { 39 e.printStackTrace(); 40 } 41 spinLockDemo.myUnlock(); 42 },"t2").start(); 43 } 44 }
运行结果：
t1线程进入
t2线程等待中
t2线程等待中
t2线程等待中
t2线程等待中
t2线程等待中
t2线程等待中
t1线程结束
t2线程进入
t2线程结束
读写锁：
读锁为共享锁，写锁为排它锁。java中可以使用ReentrantReadWriteLock来实现。
引入几点总结：
(a).重入方面其内部的WriteLock可以获取ReadLock，但是反过来ReadLock想要获得WriteLock则永远都不要想。
(b).WriteLock可以降级为ReadLock，顺序是：先获得WriteLock再获得ReadLock，然后释放WriteLock，这时候线程将保持Readlock的持有。反过来ReadLock想要升级为WriteLock则不能。
(c).ReadLock可以被多个线程持有并且在作用时排斥任何的WriteLock，而WriteLock则是完全的互斥。这一特性最为重要，因为对于高读取频率而相对较低写入的数据结构，使用此类锁同步机制可以提高并发量。
(d).不管是ReadLock还是WriteLock都支持Interrupt，语义与ReentrantLock一致。
(e).WriteLock支持Condition并且与ReentrantLock语义一致，而ReadLock则不能使用Condition，否则抛出UnsupportedOperationException异常。
读写锁的例子：
1 public class ReadAndWriteLock { 2 3 static class MyCache{ 4 private volatile Map<String,Object> cache = new HashMap<>(); 5 private ReentrantReadWriteLock rwLock = new ReentrantReadWriteLock(); 6 7 //模仿缓存中的写入,使用写锁 8 public void put(String key,Object value){ 9 rwLock.writeLock().lock(); 10 try { 11 System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"线程正在写入["+key+"]"); 12 cache.put(key,value); 13 try { TimeUnit.MICROSECONDS.sleep(200); }catch (InterruptedException e){} 14 System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"写入完成"); 15 }finally { 16 rwLock.writeLock().unlock(); 17 } 18 } 19 //模仿缓存中的读取,使用读锁 20 public void get(String key){ 21 rwLock.readLock().lock(); 22 try { 23 System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "线程正在读取"); 24 try { 25 TimeUnit.MICROSECONDS.sleep(200); 26 } catch (InterruptedException e) { 27 } 28 System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "线程读取完成"); 29 }finally { 30 rwLock.readLock().unlock(); 31 } 32 } 33 } 34 //测试方法 35 public static void main(String[] args) { 36 MyCache myCache = new MyCache(); 37 //5个线程写入,5个线程读取 38 for (int i = 1; i <= 5 ; i++) { 39 final int temp = i; 40 new Thread(()->{ 41 myCache.put(temp+"","线程"+temp); 42 },String.valueOf(i)).start(); 43 } 44 for (int i = 1; i <= 5 ; i++) { 45 final int temp = i; 46 new Thread(()->{ 47 myCache.get(temp+""); 48 },String.valueOf(i)).start(); 49 } 50 } 51 }
运行结果：
1线程正在写入[1] 1写入完成 3线程正在写入[3] 3写入完成 5线程正在写入[5] 5写入完成 2线程正在写入[2] 2写入完成 2线程正在读取 1线程正在读取 5线程正在读取 4线程正在读取 4线程读取完成 2线程读取完成 1线程读取完成 5线程读取完成 4线程正在写入[4] 4写入完成 3线程正在读取 3线程读取完成
