zbb20180913 java thread 锁分类
悲观锁、乐观锁、排他锁
场景
当多个请求同时操作数据库时，首先将订单状态改为已支付，在金额加上200，在同时并发场景查询条件下，会造成重复通知。
SQL:
Update
悲观锁与乐观锁
悲观锁:悲观锁悲观的认为每一次操作都会造成更新丢失问题，在每次查询时加上排他锁。
每次去拿数据的时候都认为别人会修改，所以每次在拿数据的时候都会上锁，这样别人想拿这个数据就会block直到它拿到锁。传统的关系型数据库里边就用到了很多这种锁机制，比如行锁，表锁等，读锁，写锁等，都是在做操作之前先上锁。
Select * from xxx for update;
乐观锁:乐观锁会乐观的认为每次查询都不会造成更新丢失,利用版本字段控制
重入锁
锁作为并发共享数据，保证一致性的工具，在JAVA平台有多种实现(如 synchronized 和 ReentrantLock等等 ) 。这些已经写好提供的锁为我们开发提供了便利。
重入锁，也叫做递归锁，指的是同一线程 外层函数获得锁之后 ，内层递归函数仍然有获取该锁的代码，但不受影响。
在JAVA环境下 ReentrantLock 和synchronized 都是 可重入锁
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public class Test implements Runnable { public synchronized void get() { System.out.println("name:" + Thread.currentThread().getName() + " get();"); set(); }
public synchronized void set() { System.out.println("name:" + Thread.currentThread().getName() + " set();"); }
@Override
public void run() { get(); }
public static void main(String[] args) { Test ss = new Test(); new Thread(ss).start(); new Thread(ss).start(); new Thread(ss).start(); new Thread(ss).start(); } } |
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public class Test02 extends Thread { ReentrantLock lock = new ReentrantLock(); public void get() { lock.lock(); System.out.println(Thread.currentThread().getId()); set(); lock.unlock(); } public void set() { lock.lock(); System.out.println(Thread.currentThread().getId()); lock.unlock(); } @Override public void run() { get(); } public static void main(String[] args) { Test ss = new Test(); new Thread(ss).start(); new Thread(ss).start(); new Thread(ss).start(); }
} |
读写锁
相比Java中的锁(Locks in Java)里Lock实现，读写锁更复杂一些。假设你的程序中涉及到对一些共享资源的读和写操作，且写操作没有读操作那么频繁。在没有写操作的时候，两个线程同时读一个资源没有任何问题，所以应该允许多个线程能在同时读取共享资源。但是如果有一个线程想去写这些共享资源，就不应该再有其它线程对该资源进行读或写（译者注：也就是说：读-读能共存，读-写不能共存，写-写不能共存）。这就需要一个读/写锁来解决这个问题。Java5在java.util.concurrent包中已经包含了读写锁。尽管如此，我们还是应该了解其实现背后的原理。
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public class Cache { static Map<String, Object> map = new HashMap<String, Object>(); static ReentrantReadWriteLock rwl = new ReentrantReadWriteLock(); static Lock r = rwl.readLock(); static Lock w = rwl.writeLock();
// 获取一个key对应的value public static final Object get(String key) { r.lock(); try { System.out.println("正在做读的操作,key:" + key + " 开始"); Thread.sleep(100); Object object = map.get(key); System.out.println("正在做读的操作,key:" + key + " 结束"); System.out.println(); return object; } catch (InterruptedException e) {
} finally { r.unlock(); } return key; }
// 设置key对应的value，并返回旧有的value public static final Object put(String key, Object value) { w.lock(); try {
System.out.println("正在做写的操作,key:" + key + ",value:" + value + "开始."); Thread.sleep(100); Object object = map.put(key, value); System.out.println("正在做写的操作,key:" + key + ",value:" + value + "结束."); System.out.println(); return object; } catch (InterruptedException e) {
} finally { w.unlock(); } return value; }
// 清空所有的内容 public static final void clear() { w.lock(); try { map.clear(); } finally { w.unlock(); } }
public static void main(String[] args) { new Thread(new Runnable() {
@Override public void run() { for (int i = 0; i < 10; i++) { Cache.put(i + "", i + ""); }
} }).start(); new Thread(new Runnable() {
@Override public void run() { for (int i = 0; i < 10; i++) { Cache.get(i + ""); }
} }).start(); } } |
CAS无锁机制
（1）与锁相比，使用比较交换（下文简称CAS）会使程序看起来更加复杂一些。但由于其非阻塞性，它对死锁问题天生免疫，并且，线程间的相互影响也远远比基于锁的方式要小。更为重要的是，使用无锁的方式完全没有锁竞争带来的系统开销，也没有线程间频繁调度带来的开销，因此，它要比基于锁的方式拥有更优越的性能。
（2）无锁的好处：
第一，在高并发的情况下，它比有锁的程序拥有更好的性能；
第二，它天生就是死锁免疫的。
就凭借这两个优势，就值得我们冒险尝试使用无锁的并发。
（3）CAS算法的过程是这样：它包含三个参数CAS(V,E,N): V表示要更新的变量，E表示预期值，N表示新值。仅当V值等于E值时，才会将V的值设为N，如果V值和E值不同，则说明已经有其他线程做了更新，则当前线程什么都不做。最后，CAS返回当前V的真实值。
（4）CAS操作是抱着乐观的态度进行的，它总是认为自己可以成功完成操作。当多个线程同时使用CAS操作一个变量时，只有一个会胜出，并成功更新，其余均会失败。失败的线程不会被挂起，仅是被告知失败，并且允许再次尝试，当然也允许失败的线程放弃操作。基于这样的原理，CAS操作即使没有锁，也可以发现其他线程对当前线程的干扰，并进行恰当的处理。
（5）简单地说，CAS需要你额外给出一个期望值，也就是你认为这个变量现在应该是什么样子的。如果变量不是你想象的那样，那说明它已经被别人修改过了。你就重新读取，再次尝试修改就好了。
（6）在硬件层面，大部分的现代处理器都已经支持原子化的CAS指令。在JDK 5.0以后，虚拟机便可以使用这个指令来实现并发操作和并发数据结构，并且，这种操作在虚拟机中可以说是无处不在。
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/** * Atomically increments by one the current value. * * @return the updated value */ public final int incrementAndGet() { for (;;) { //获取当前值 int current = get(); //设置期望值 int next = current + 1; //调用Native方法compareAndSet，执行CAS操作 if (compareAndSet(current, next)) //成功后才会返回期望值，否则无线循环 return next; } } |
自旋锁
自旋锁是采用让当前线程不停地的在循环体内执行实现的，当循环的条件被其他线程改变时 才能进入临界区。如下
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private AtomicReference<Thread> sign =new AtomicReference<>(); public void lock() { Thread current = Thread.currentThread(); while (!sign.compareAndSet(null, current)) { } } public void unlock() { Thread current = Thread.currentThread(); sign.compareAndSet(current, null); } |
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public class Test implements Runnable { static int sum; private SpinLock lock;
public Test(SpinLock lock) { this.lock = lock; }
/** * @param args * @throws InterruptedException */ public static void main(String[] args) throws InterruptedException { SpinLock lock = new SpinLock(); for (int i = 0; i < 100; i++) { Test test = new Test(lock); Thread t = new Thread(test); t.start(); }
Thread.currentThread().sleep(1000); System.out.println(sum); }
@Override public void run() { this.lock.lock(); this.lock.lock(); sum++; this.lock.unlock(); this.lock.unlock(); }
} |
当一个线程 调用这个不可重入的自旋锁去加锁的时候没问题，当再次调用lock()的时候，因为自旋锁的持有引用已经不为空了，该线程对象会误认为是别人的线程持有了自旋锁
使用了CAS原子操作，lock函数将owner设置为当前线程，并且预测原来的值为空。unlock函数将owner设置为null，并且预测值为当前线程。
当有第二个线程调用lock操作时由于owner值不为空，导致循环一直被执行，直至第一个线程调用unlock函数将owner设置为null，第二个线程才能进入临界区。
由于自旋锁只是将当前线程不停地执行循环体，不进行线程状态的改变，所以响应速度更快。但当线程数不停增加时，性能下降明显，因为每个线程都需要执行，占用CPU时间。如果线程竞争不激烈，并且保持锁的时间段。适合使用自旋锁。
分布式锁
如果想在不同的jvm中保证数据同步，使用分布式锁技术。
有数据库实现、缓存实现、Zookeeper分布式锁
