四：java中的锁分类

java 中锁有哪些

1.公平和非公平锁

• 是什么
  • **公平锁：**是指多个线程按照申请的顺序来获取值
  • **非公平锁：**是值多个线程获取值的顺序并不是按照申请锁的顺序，有可能后申请的线程比先申请的线程优先获取锁，在高并发的情况下，可能会造成优先级翻转或者饥饿现象
• 两者区别
  • **公平锁：**在并发环境中，每一个线程在获取锁时会先查看此锁维护的等待队列，如果为空，或者当前线程是等待队列的第一个就占有锁，否者就会加入到等待队列中，以后会按照 FIFO 的规则获取锁
  • **非公平锁：**一上来就尝试占有锁，如果失败在进行排队

2.可重入锁和不可重入锁

• 是什么

  • **可重入锁：**指的是同一个线程外层函数获得锁之后，内层仍然能获取到该锁，在同一个线程在外层方法获取锁的时候，在进入内层方法或会自动获取该锁
  • 不可重入锁： 所谓不可重入锁，即若当前线程执行某个方法已经获取了该锁，那么在方法中尝试再次获取锁时，就会获取不到被阻塞

• 代码实现

  • 可重入锁

    public class ReentrantLock {
        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() == lockedBy) {
                lockedCount--;
                if (lockedCount == 0) {
                    isLocked = false;
                    notify();
                }
            }
        }
    }
    

    测试

    public class Count {
    //    NotReentrantLock lock = new NotReentrantLock();
        ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
        public void print() throws InterruptedException{
            lock.lock();
            doAdd();
            lock.unlock();
        }
    
        private void doAdd() throws InterruptedException {
            lock.lock();
            // do something
            System.out.println("ReentrantLock");
            lock.unlock();
        }
    
        public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
            Count count = new Count();
            count.print();
        }
    }
    

    发现可以输出 ReentrantLock，我们设计两个线程调用 print() 方法，第一个线程调用 print() 方法获取锁，进入 lock() 方法，由于初始 lockedBy 是 null，所以不会进入 while 而挂起当前线程，而是是增量 lockedCount 并记录 lockBy 为第一个线程。接着第一个线程进入 doAdd() 方法，由于同一进程，所以不会进入 while 而挂起，接着增量 lockedCount，当第二个线程尝试lock，由于 isLocked=true，所以他不会获取该锁，直到第一个线程调用两次 unlock() 将 lockCount 递减为0，才将标记为 isLocked 设置为 false。

  • 不可重入锁

    public class NotReentrantLock {
        private boolean isLocked = false;
        public synchronized void lock() throws InterruptedException {
            while (isLocked) {
                wait();
            }
            isLocked = true;
        }
        public synchronized void unlock() {
            isLocked = false;
            notify();
        }
    }
    

    测试

    public class Count {
        NotReentrantLock lock = new NotReentrantLock();
        public void print() throws InterruptedException{
            lock.lock();
            doAdd();
            lock.unlock();
        }
    
        private void doAdd() throws InterruptedException {
            lock.lock();
            // do something
            lock.unlock();
        }
    
        public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
            Count count = new Count();
            count.print();
        }
    }
    

    当前线程执行print()方法首先获取lock，接下来执行doAdd()方法就无法执行doAdd()中的逻辑，必须先释放锁。这个例子很好的说明了不可重入锁。

• synchronized 和 ReentrantLock 都是可重入锁

  • synchronzied

    public class SynchronziedDemo {
    
        private synchronized void print() {
            doAdd();
        }
        private synchronized void doAdd() {
            System.out.println("doAdd...");
        }
    
        public static void main(String[] args) {
            SynchronziedDemo synchronziedDemo = new SynchronziedDemo();
            synchronziedDemo.print(); // doAdd...
        }
    }
    

    上面可以说明 synchronized 是可重入锁。

  • ReentrantLock

    public class ReentrantLockDemo {
        private Lock lock = new ReentrantLock();
    
        private void print() {
            lock.lock();
            doAdd();
            lock.unlock();
        }
    
        private void doAdd() {
            lock.lock();
            lock.lock();
            System.out.println("doAdd...");
            lock.unlock();
            lock.unlock();
        }
    
        public static void main(String[] args) {
            ReentrantLockDemo reentrantLockDemo = new ReentrantLockDemo();
            reentrantLockDemo.print();
        }
    }
    

    上面例子可以说明 ReentrantLock 是可重入锁，而且在 #doAdd 方法中加两次锁和解两次锁也可以。

3.自旋锁

• 是指定尝试获取锁的线程不会立即堵塞，而是采用循环的方式去尝试获取锁，这样的好处是减少线程上线文切换的消耗，缺点就是循环会消耗 CPU。
• 手动实现自旋锁

public class SpinLock {
    private AtomicReference<Thread> atomicReference = new AtomicReference<>();
    private void lock () {
        System.out.println(Thread.currentThread() + " coming...");
        while (!atomicReference.compareAndSet(null, Thread.currentThread())) {
            // loop
        }
    }

    private void unlock() {
        Thread thread = Thread.currentThread();
        atomicReference.compareAndSet(thread, null);
        System.out.println(thread + " unlock...");
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        SpinLock spinLock = new SpinLock();
        new Thread(() -> {
            spinLock.lock();
            try {
                Thread.sleep(3000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println("hahaha");
            spinLock.unlock();

        }).start();

        Thread.sleep(1);

        new Thread(() -> {
            spinLock.lock();
            System.out.println("hehehe");
            spinLock.unlock();
        }).start();
    }
}
输出：

Thread[Thread-0,5,main] coming...
Thread[Thread-1,5,main] coming...
hahaha
Thread[Thread-0,5,main] unlock...
hehehe
Thread[Thread-1,5,main] unlock...

4.独占锁（写锁）/共享锁（读锁）

• 是什么

  • **独占锁：**指该锁一次只能被一个线程持有
  • **共享锁：**该锁可以被多个线程持有

• 对于 ReentrantLock 和 synchronized 都是独占锁；对与 ReentrantReadWriteLock 其读锁是共享锁而写锁是独占锁。读锁的共享可保证并发读是非常高效的，读写、写读和写写的过程是互斥的。

• 读写锁例子

• public class MyCache {
     
      private volatile Map<String, Object> map = new HashMap<>();
  
      private ReentrantReadWriteLock lock = new ReentrantReadWriteLock();
      WriteLock writeLock = lock.writeLock();
      ReadLock readLock = lock.readLock();
  
      public void put(String key, Object value) {
          try {
              writeLock.lock();
              System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 正在写入...");
              try {
                  Thread.sleep(1000);
              } catch (InterruptedException e) {
                  e.printStackTrace();
              }
              map.put(key, value);
              System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 写入完成，写入结果是 " + value);
          } finally {
              writeLock.unlock();
          }
      }
  
      public void get(String key) {
          try {
              readLock.lock();
              System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 正在读...");
              try {
                  Thread.sleep(1000);
              } catch (InterruptedException e) {
                  e.printStackTrace();
              }
              Object res = map.get(key);
              System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 读取完成，读取结果是 " + res);
          } finally {
              readLock.unlock();
          }
      }
  }
  
  
  

  测试

  
  public class ReadWriteLockDemo {
      public static void main(String[] args) {
          MyCache cache = new MyCache();
  
          for (int i = 0; i < 5; i++) {
              final int temp = i;
              new Thread(() -> {
                  cache.put(temp + "", temp + "");
              }).start();
          }
  
          for (int i = 0; i < 5; i++) {
              final int temp = i;
              new Thread(() -> {
                  cache.get(temp + "");
              }).start();
          }
      }
  }
  输出结果
  
  Thread-0 正在写入...
  Thread-0 写入完成，写入结果是 0
  Thread-1 正在写入...
  Thread-1 写入完成，写入结果是 1
  Thread-2 正在写入...
  Thread-2 写入完成，写入结果是 2
  Thread-3 正在写入...
  Thread-3 写入完成，写入结果是 3
  Thread-4 正在写入...
  Thread-4 写入完成，写入结果是 4
  Thread-5 正在读...
  Thread-7 正在读...
  Thread-8 正在读...
  Thread-6 正在读...
  Thread-9 正在读...
  Thread-5 读取完成，读取结果是 0
  Thread-7 读取完成，读取结果是 2
  Thread-8 读取完成，读取结果是 3
  Thread-6 读取完成，读取结果是 1
  Thread-9 读取完成，读取结果是 4
  

能保证读写、写读和写写的过程是互斥的时候是独享的，读读的时候是共享的。