多线程编程核心技术(十一)Lock
两大核心问题：一个是互斥，即同一时刻只允许一个线程访问共享资源；另一个是同步，即线程之间如何通信、协作。这两大问题，管程都是能够解决的。Java SDK 并发包通过 Lock 和 Condition 两个接口来实现管程，其中 Lock 用于解决互斥问题，Condition 用于解决同步问题。
Java 语言本身提供的 synchronized 也是管程的一种实现，既然 Java 从语言层面已经实现了管程了，那为什么还要在 SDK 里提供另外一种实现呢？
在 Java 的 1.5 版本中，synchronized 性能不如 SDK 里面的 Lock，但 1.6 版本之后，synchronized 做了很多优化，将性能追了上来，所以 1.6 之后的版本又有人推荐使用 synchronized 了。
问题就是synchronized没有办法解决“破坏不可抢占条件方案”。 原因是synchronized 申请资源的时候，如果申请不到，线程直接进入阻塞状态了，而线程进入阻塞状态，啥都干不了，也释放不了线程已经占有的资源。synchronized的加锁释放操作由JVM为我们进行。
如果我们重新设计一把互斥锁去解决这个问题，应该具有以下的能力
1.能够响应interrupt:如果一个线程进入了死锁的阶段是需要进行中断进行锁的释放的。
2.支持超时。如果线程一段时间无法获得到锁，返回一个错误，也释放曾持有的锁，这样也能破坏不可抢占条件
3.非阻塞地获取锁。如果尝试获取锁失败，并不进入阻塞状态，而是直接返回，那这个线程也有机会释放曾经持有的锁。这样也能破坏不可抢占条件。
在Lock接口中就实现了这些
boolean tryLock(long time, TimeUnit unit) throws InterruptedException;
void lockInterruptibly() throws InterruptedException;
boolean tryLock();
Java Sdk里面的锁Lock保证可见性：利用了volatile相关的Happens-Before规则。获取锁的时候，会读写 state 的值；解锁的时候，也会读写 state 的值（简化后的代码如下面所示）。
class SampleLock {
volatile int state;
// 加锁
lock() {
// 省略代码无数
state = 1;
}
// 解锁
unlock() {
// 省略代码无数
state = 0;
}
}
也就是说，在执行 value+=1 之前，程序先读写了一次 volatile 变量 state，在执行 value+=1 之后，又读写了一次 volatile 变量 state。根据相关的 Happens-Before 规则：
顺序性规则：对于线程 T1，value+=1 发生在 释放锁的操作 unlock() 之前；
volatile 变量规则：由于 state = 1 会先读取 state，所以线程 T1 的 unlock() 操作 发生在 线程 T2 的 lock() 操作 之前；
传递性规则：线程 T1 的 value+=1 发生在 线程 T2 的 lock() 操作 之前。
所以说，后续线程 T2 能够看到 value 的正确结果。
什么是可重入锁
同一个线程可以重复获取同一把锁，并且是安全的。
class X {
private final Lock rtl =
new ReentrantLock();
int value;
public int get() {
// 获取锁
rtl.lock(); ②
try {
return value;
} finally {
// 保证锁能释放
rtl.unlock();
}
}
public void addOne() {
// 获取锁
rtl.lock();
try {
value = 1 + get(); ①
} finally {
// 保证锁能释放
rtl.unlock();
}
}
}
例如下面代码中，当线程 T1 执行到 ① 处时，已经获取到了锁 rtl ，当在 ① 处调用 get() 方法时，会在 ② 再次对锁 rtl 执行加锁操作。此时，如果锁 rtl 是可重入的，那么线程 T1 可以再次加锁成功；如果锁 rtl 是不可重入的，那么线程 T1 此时会被阻塞。
推荐的三个用锁的最佳实践，它们分别是：
- 永远只在更新对象的成员变量时加锁
- 永远只在访问可变的成员变量时加锁
- 永远不在调用其他对象的方法时加锁
活锁问题
class Account {
private int balance;
private final Lock lock
= new ReentrantLock();
// 转账
void transfer(Account tar, int amt){
while (true) {
if(this.lock.tryLock()) {
try {
if (tar.lock.tryLock()) {
try {
this.balance -= amt;
tar.balance += amt;
} finally {
tar.lock.unlock();
}
}//if
} finally {
this.lock.unlock();
}
}//if
}//while
}//transfer
}
1.线程A给B转账，B给A转账，两个都有自己的锁，没有对象的锁
2.一段时间后释放锁，重复1步骤
Lock接口实现了互斥，Condition 实现了管程模型里面的条件变量，用来实现了同步。
public class BlockedQueue<T>{
final Lock lock =
new ReentrantLock();
// 条件变量：队列不满
final Condition notFull =
lock.newCondition();
// 条件变量：队列不空
final Condition notEmpty =
lock.newCondition();
// 入队
void enq(T x) {
lock.lock();
try {
while (队列已满){
// 等待队列不满
notFull.await();
}
// 省略入队操作...
//入队后,通知可出队
notEmpty.signal();
}finally {
lock.unlock();
}
}
// 出队
void deq(){
lock.lock();
try {
while (队列已空){
// 等待队列不空
notEmpty.await();
}
// 省略出队操作...
//出队后，通知可入队
notFull.signal();
}finally {
lock.unlock();
}
}
}
线程之间的通信不管是syn还是lock都是对对象进行的
线程等待和通知需要调用 await()、signal()、signalAll()，它们的语义和 wait()、notify()、notifyAll() 是相同的。但是不一样的是，Lock&Condition 实现的管程里只能使用前面的 await()、signal()、signalAll()，而后面的 wait()、notify()、notifyAll() 只有在 synchronized 实现的管程里才能使用。
public class demo13 {
private final Object lock = new Object();
public void add() throws InterruptedException {
synchronized (lock){
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" is in");
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" is wait");
lock.wait(2000);
lock.notifyAll();
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" is notify");
}
}
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
demo13 demo13 = new demo13();
for (int i = 0; i < 20; i++) {
Thread thread = new Thread(() -> {
try {
demo13.add();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
});
thread.start();
thread.join();
}
}
}
Java 程序支持异步的两种实现方式： 1、调用方创建一个子线程，在子线程中执行方法调用，这种调用我们称为异步调用。 2、方法实现的时候，创建一个新的线程执行主要逻辑，主线程直接return，这种方法我们一般称为异步方法。
