详解锁

（有关线程的基本知识，请观看本人博文 —— 《详解线程》）

在上篇博文中，本人通过一个例子，展示了线程安全问题的现象以及出现的原因。
那么，在本篇博文中，本人就来讲解下线程安全的处理手段之一的锁：

锁

说到锁，本人就不得不说说 同步代码块：

同步代码块：

为什么本人说锁和同步代码块有关系呢？

本人仅拿同步代码块的格式来展示下这两者之间的关系：

格式：

synchronized(对象){ //不能在括号了直接new 对象,new 了就没效果
要被同步的代码 ;
}

那么，对于上述的格式，本人要做以下说明：

说明：

这个同步代码块保证数据的安全性的一个主要因素就是这个对象
注意这个对象要定义为静态成员变量 才能被所有线程共享
需要这个对象被所有的线程对象所共享
这个对象其实就是一把锁
这个对象习惯叫做 监视器 或 临界资源

本人现在来讲解下同步的优缺点：

优缺点：

同步的好处:
同步的出现解决了多线程的安全问题。

同步的弊端:
当线程相当多时，因为每个线程都会去判断同步上的锁，这是很耗费资源的，无形中会降低程序的运行效率。

那么，现在，本人来介绍下 锁的类别：

锁的类别：

内置锁：

内置锁：
每个java对象都可以用做一个实现同步的锁，这些锁被称为内置锁。
线程进入同步代码块或方法的时候会自动获得该锁，
在退出同步代码块或方法时会释放该锁。

那么，对于内置锁，本人有两点说明：

说明：

获得内置锁的唯一途径就是进入这个锁的保护的同步代码块或方法。

java内置锁是一个互斥锁，这就意味着最多只有一个线程能够获得该锁。
当线程A尝试去获得线程B持有的内置锁时，线程A必须等待或者阻塞，
直到线程B释放这个锁，如果B线程不释放这个锁，那么A线程将永远等待下去。

对象锁 和类锁

对象锁和类锁：
java的对象锁和类锁在锁的概念上基本上和内置锁是一致的。

那么，现在，本人来展示下这两种锁之间的区别：

区别：

对象锁是用于对象实例方法，或者一个对象实例上的，

类锁是用于类的静态方法或者一个类的class对象上的。

可能有的同学看了上述的区别，会有如下疑惑：
类的实例，不就是对象吗？那这两种锁有差别吗？

那么，本人再来细讲下这两种锁的区别：

我们知道，类的对象实例可以有很多个，但是每个类只有一个class对象，
所以不同对象实例的对象锁是互不干扰的，但是每个类只有一个类锁。
但是有一点必须注意的是：
其实类锁只是一个概念上的东西，并不是真实存在的，
它只是用来帮助我们理解锁定实例方法和静态方法的区别的。

现在，本人来根据应用场景，来介绍下不同应用场景锁的对象：

不同应用场景锁的对象:

同步代码块的锁对象:
任意一个对象

同步方法的锁对象:
this

静态同步方法的锁对象:
当前类对应的字节码文件对象（.class文件对象）

本人还要再提的一点就是 synchronized锁是一个 “悲观锁”
(至于悲观锁的知识点，将在本人多线程专题下的后续博文《详解 volatile关键字与 CAS算法》中进行讲解)

那么，说了这么多，本人现在来通过上述知识点，来展示下对于上篇博文的卖票问题的解决：

首先，本人来给出一个售票线程类：

package edu.youzg.about_synchronized.core;

public class MyRunnable implements Runnable{
    static int piao = 100;
    static boolean goon = true;
    static Object obj = new Object();
    int i=1;
    @Override
    public void run() {
        while (goon) {
            goon = cellTickets();
        }
    }


    //方法上加有一个synchronized关键字我们叫做同步方法
    //同步方法使用的所对象不是任意对象，他用的锁是this
    private synchronized boolean cellTickets() {
        if (piao > 0) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在出售" + (piao--) + "张票");
            return true;
        }
        return false;
    }

}

那么，现在，本人来给出测试类：

package edu.youzg.about_synchronized.core;

public class Test {

    public static void main(String[] args) {
        MyRunnable myRunnable = new MyRunnable();
        Thread th1 = new Thread(myRunnable);
        Thread th2 = new Thread(myRunnable);
        Thread th3 = new Thread(myRunnable);
        th1.setName("窗口1");
        th2.setName("窗口2");
        th3.setName("窗口3");
        th1.start();
        th2.start();
        th3.start();
    }

}

那么，现在，本人来展示下运行结果：
在这里插入图片描述
由于输出结果太长，本人仅展示部分结果。
这次的运行结果没有出现线程安全问题！

本人在之前的博文中曾说过 StringBuffer 和 Vector 这个两个类都是线程安全的，那么，是为什么呢？
本人现在来展示下这两个类的部分原码：
首先是 StringBuffer类：
在这里插入图片描述

然后是 Vector类：
在这里插入图片描述
可以看到，这两个类的好多方法，都用了synchronized锁，这就保证了线程的安全性！

其实，在JDK5之后，专门有一个类来处理锁的基本操作 —— Lock类：

Lock 接口：

首先，本人来介绍下这个类：

概述：

虽然我们可以理解同步代码块和同步方法的锁对象问题，
但是我们并没有直接看到在哪里加上了锁，在哪里释放了锁，
为了更清晰的表达如何加锁和释放锁，JDK5以后提供了一个新的锁对象 —— Lock

那么，现在，本人来介绍下这个接口提供的API：

接口API：

void lock()
获取锁

void lockInterruptibly()
获取该锁除非当前线程 interrupted

Condition newCondition()
返回一个新的 Condition实例绑定到该 Lock实例

boolean tryLock()
只有在调用时释放该锁，才能获取锁

boolean tryLock(long time, TimeUnit unit)
获取锁，如果它是免费的在给定的等待时间和当前线程没有被 interrupted

void unlock()
释放锁

在这个接口的子实现类中，我们主要应用 ReentrantLock类：

ReentrantLock类：

首先，本人先来介绍下这个类：

概述：

一个可重入的互斥 Lock具有相同的基本行为和语义为隐式监控锁使用 synchronized方法和报表访问，但扩展功能。
一个ReentrantLock是由线程最后成功锁定，但尚未解锁它。一个线程调用lock将返回，成功获取锁，当锁不是由另一个线程拥有。如果当前线程已经拥有锁，该方法将立即返回。这可以使用方法isHeldByCurrentThread()检查，并getHoldCount()。

此类的构造函数接受一个可选的公平性参数。当设置true，争，锁青睐授予访问最长等待线程。否则，此锁不保证任何特定的访问顺序。使用许多线程访问的公平锁的程序可能会显示较低的整体吞吐量（即，比那些使用默认设置慢，往往要慢得多），但有较小的差异，在时间获得锁和保证缺乏饥饿。请注意，锁的公平性并不能保证线程调度的公平性。因此，使用一个公平锁的许多线程之一可能会获得它的连续多次，而其他活动线程不进展，而不是目前持有的锁。还要注意，不定时的tryLock()方法不尊重公平设置。如果锁是可用的，即使其他线程正在等待，它也会成功的。

那么，本人再来展示下这个类的 构造方法：

构造方法：

ReentrantLock()
创建 ReentrantLock实例

ReentrantLock(boolean fair)
创建具有给定的公平政策 ReentrantLock实例

现在，本人来介绍下这个类的 常用API：

常用API：

int getHoldCount()
查询当前线程在这个锁上的数目

protected Thread getOwner()
返回该线程当前拥有该锁，
如果不拥有，则返回null

protected Collection< Thread > getQueuedThreads()
返回一个包含可能等待获取此锁的线程的集合

int getQueueLength()
返回等待获取此锁的线程数的估计值

protected Collection< Thread > getWaitingThreads(Condition condition)
返回一个集合，包含可能在与此锁关联的给定条件下等待的线程集合

int getWaitQueueLength(Condition condition)
返回在与此锁关联的给定条件下等待的线程数的估计值

boolean hasQueuedThread(Thread thread)
查询给定线程是否正在等待获取此锁

boolean hasQueuedThreads()
查询是否有任何线程等待获取此锁

boolean hasWaiters(Condition condition)
查询是否有任何线程在与此锁关联的给定条件下等待

boolean isFair()
如果锁已经公平，则返回 true

boolean isHeldByCurrentThread()
查询如果这个锁是否由当前线程持有的

boolean isLocked()
查询此锁是否由任何线程所持有

void lock()
获取锁

void lockInterruptibly()
获取该锁除非当前线程 interrupted

Condition newCondition()
返回一个用于这 Lock实例 Condition实例

String toString()
返回一个确定此锁的字符串，以及它的锁状态

boolean tryLock()
只有在调用时，它不是由另一个线程持有的锁

boolean tryLock(long timeout, TimeUnit unit)
如果这个锁 不是由另一个线程在等待时间和当前线程没有被 interrupted，则返回true

void unlock()
试图释放这个锁

那么，现在，本人来展示下这个类的部分API 的使用：

首先是 售票线程类：

package edu.youzg.about_synchronized.core;

import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

public class MyRunnable implements Runnable{
    static int piao = 100;
    static Object obj = new Object();
    static ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
    static boolean goon = true;
    @Override
    public void run() {
        while (goon) {
            //加锁
            try {
                lock.lock();
                if (piao > 0) {
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在出售" + (piao--) + "张票");
                } else {
                    goon = false;
                }
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            } finally {
                //确保锁要释放掉
                //释放锁
                lock.unlock();
            }
        }
    }

}

那么，本人再来给出一个 测试类：

package edu.youzg.about_synchronized.core;

public class Test {

    public static void main(String[] args) {
        MyRunnable myRunnable1 = new MyRunnable();
        Thread th1 = new Thread(myRunnable1);
        Thread th2 = new Thread(myRunnable1);
        Thread th3 = new Thread(myRunnable1);
        th1.setName("窗口1");
        th2.setName("窗口2");
        th3.setName("窗口3");
        th1.start();
        th2.start();
        th3.start();
    }

}

那么，本人来展示下运行结果：
在这里插入图片描述

在我们使用锁的过程中，可能会遇到一个很致命的问题 —— 死锁：

死锁：

首先，本人来介绍下死锁是什么意思：

概述：

死锁：
是指两个或者两个以上的线程在执行的过程中，因争夺资源产生的一种互相等待现象

那么，看了上述的解释，可能还有同学不太明白发生的原因。
那么，本人来举个例来展示下：

举例：
中国人和美国人一起吃饭
中国人使用的筷子
美国人使用的刀和叉
中国人获取到了美国人的刀
美国人获取到了中国人的一根筷子
这样的话，无论是中国人还是美国人，都无法运行到吃饭，就会一直等待对方将餐具归还

那么，本人现在拿代码来展示下“死锁”状态的现象：

首先，本人来创建一个提供两把锁的接口：

package edu.youzg.about_synchronized.core;

public interface ObjectUtils {
    //创建两把锁对象
    public static final Object objA= new Object();
    Object objB=new Object();
}

那么，本人再来创建一个会产生死锁现象的线程类：

package edu.youzg.about_synchronized.core;

public class MyThread extends Thread{
    boolean flag;
    public MyThread(boolean flag) {
        this.flag = flag;
    }

    @Override
    public void run() {
        if(flag) {
            synchronized (ObjectUtils.objA){
                System.out.println("true====ObjA 进来了");
                synchronized (ObjectUtils.objB){
                    System.out.println("true====ObjB进来了");
                }
            } //objA 不释放
        } else {
            synchronized (ObjectUtils.objB) {
                System.out.println("false====ObjB 进来了");
                synchronized (ObjectUtils.objA) {
                    System.out.println("false====ObjA 进来了");
                }
            } //objB不释放
        }
        System.out.println("后续代码... ...");
    }

}

现在，本人来给出一个测试类：

package edu.youzg.about_synchronized.core;

public class Test {

    public static void main(String[] args) {
        MyThread th1= new MyThread(true);
        MyThread th2 = new MyThread(false);
        th2.start();
        th1.start();
    }

}

那么，本人现在来展示下运行结果：
在这里插入图片描述
可以看到，线程仿佛 “卡死”在了那几行代码，
这就是因为这两把锁都争夺走了对方所需的资源，造成了死锁现象。

现在，本人再来讲解一个在面试中，经常会问到的一个有关多线程和锁的问题：

生产者与消费者问题：

那么，本人直接来上代码：
首先是一个用于存储信息的Model类：

package edu.youzg.about_synchronized.core;

public class Model {
    String name;
    int age;

    public String getName() {
        return name;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }

    public int getAge() {
        return age;
    }

    public void setAge(int age) {
        this.age = age;
    }
}

现在，本人来创建一个能够创建线程的生产者类：

package edu.youzg.about_synchronized.core;

public class ProducerThread extends Thread{
    Model model;
    int i = 0;

    public ProducerThread(Model model) {
        this.model = model;
    }

    @Override
    public void run() {
        while (true){
            synchronized (model){
                if (i % 2 == 0) {
                    model.name = "生产者2号";
                    model.age = 23;
                    //等待...
                } else {
                    model.name = "生产者1号";
                    model.age = 24;
                }

                i++;
            }

        }

    }

}

现在，本人来给出一个消费者线程类：

package edu.youzg.about_synchronized.core;

public class ConsumerThread extends Thread {
    Model model;

    public ConsumerThread(Model model) {
        this.model = model;
    }

    @Override
    public void run() {
        while (true) {
                System.out.println(model.name + " === " + model.age);
        }
    }

}

现在，本人再给出一个测试类：

package edu.youzg.about_synchronized.core;

public class Test extends Thread{
    public static void main (String[] args) {
        Model model = new Model();
        ProducerThread producer = new ProducerThread(model);
        ConsumerThread consumer = new ConsumerThread(model);
        producer.start();
        consumer.start();
    }

}

那么，现在，本人来展示下运行结果：
在这里插入图片描述
上图中我们能发现：即使我们用了锁，还是出现了线程安全问题！

那么，为什么我们明明都给代码块上了锁，还是出现了线程安全问题呢？
这是因为，我们生产者每次进行的操作都是分两步的，而生产者自己能进自己的锁内，最后导致生产者所生产的信息是错误的。

那么，我们该如何解决呢？
本人现在来介绍两个方法：

Object 类中：

void wait ()：
在其他线程调用此对象的 notify () 方法或 notifyAll () 方法前，导致当前线程等待

void wait (long timeout)：
在其他线程调用此对象的 notify () 方法或 notifyAll () 方法，
或者超过指定的时间量前，导致当前线程等待

void notify ()：
唤醒在此对象监视器上等待的单个线程

void notifyAll ()：
唤醒在此对象监视器上等待的所有线程

那么，本人现在来对上述的四个类做下改变，来解决上述的问题：

首先是用于存储数据的Model类：

package edu.youzg.about_synchronized.core;

public class Model {
    String name;
    int age;
    boolean flag;

    public String getName() {
        return name;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }

    public int getAge() {
        return age;
    }

    public void setAge(int age) {
        this.age = age;
    }
}

然后是生产者线程类：

package edu.youzg.about_synchronized.core;

public class ProducerThread extends Thread{
    Model model;
    int i = 0;

    public ProducerThread(Model model) {
        this.model = model;
    }

    @Override
    public void run() {
        while (true){
            synchronized (model){
                //作为生产者来说：有了资源，等着，通知消费线程来消费
                if(model.flag){
                    try {
                        model.wait();
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }

                if (i % 2 == 0) {
                    model.name = "生产者2号";
                    model.age = 23;
                    //等待...
                } else {
                    model.name = "生产者1号";
                    model.age = 24;
                }

                //通知消费线程，去消费
                model.flag = true; //修改标记
                model.notify();//唤醒等待的线程，唤醒之后，多个线程还要再次争抢时间片
                i++;
            }

        }

    }

}

接下来是消费者线程类：

package edu.youzg.about_synchronized.core;

public class ConsumerThread extends Thread {
    Model model;

    public ConsumerThread(Model model) {
        this.model = model;
    }

    @Override
    public void run() {
        while (true) {
            synchronized (model) {
                if (!model.flag) {
                    try {
                        model.wait();//没有资源等待,wait()方法一旦等待，就必须释放锁，从哪里等待，被唤醒后，就从这里醒来
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
                //消费了资源，通知生产线程去生产
                System.out.println(model.name + " === " + model.age);
                model.flag = false;
                model.notify(); //唤醒等待的 线程
            }
        }
    }

}

现在，本人再来展示下测试类：

package edu.youzg.about_synchronized.core;

public class Test extends Thread{

    public static void main (String[] args) {
        Model model = new Model();
        ProducerThread producer = new ProducerThread(model);
        ConsumerThread consumer = new ConsumerThread(model);
        producer.start();
        consumer.start();
    }

}

那么，本人来展示下运行中的某个结果片段：
在这里插入图片描述

（本人《详解线程》博文链接：https:////www.cnblogs.com/codderYouzg/p/12418954.html）
（本人《详解多线程》博文链接：https:////www.cnblogs.com/codderYouzg/p/12418935.html）

posted @ 2020-03-05 10:54 在下右转，有何贵干阅读(252) 评论(0) 编辑收藏举报

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