Java 多线程共享模型之管程（下）
共享模型之管程
wait、notify
wait、notify 原理
- Owner 线程发现条件不满足，调用 wait 方法，即可进入 WaitSet 变为 WAITING 状态
- BLOCKED 和 WAITING 的线程都处于阻塞状态，不占用 CPU 时间片
- BLOCKED 线程会在 Owner 线程释放锁时唤醒
- WAITING 线程会在 Owner 线程调用 notify 或 notifyAll 时唤醒，但唤醒后并不意味者立刻获得锁，仍需进入EntryList 重新竞争
API 介绍
- obj.wait() 让进入 object 监视器的线程到 waitSet 等待
- obj.notify() 在 object 上正在 waitSet 等待的线程中挑一个唤醒
- obj.notifyAll() 让 object 上正在 waitSet 等待的线程全部唤醒
它们都是线程之间进行协作的手段，都属于 Object 对象的方法。必须获得此对象的锁，才能调用这几个方法
package WaNo;
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
@Slf4j(topic = "c.demo2")
public class demo2 {
static final Object lock = new Object();
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
new Thread(() -> {
synchronized (lock){
log.debug("执行");
try {
lock.wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
log.debug("其他代码");
}
},"t1").start();
new Thread(() -> {
synchronized (lock){
log.debug("执行");
try {
lock.wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
log.debug("其他代码");
}
},"t2").start();
Thread.sleep(2000);
log.debug("唤醒 lock 上其他线程");
synchronized (lock){
lock.notify(); //唤醒 lock 上的一个线程（随机）
//lock.notifyAll(); //唤醒 lock 上的所有线程
}
}
}
notify()
20:20:58 [t1] c.demo2 - 执行
20:20:58 [t2] c.demo2 - 执行
20:21:00 [main] c.demo2 - 唤醒 lock 上其他线程
20:21:00 [t1] c.demo2 - 其他代码
notifyAll()
20:22:04 [t1] c.demo2 - 执行
20:22:04 [t2] c.demo2 - 执行
20:22:06 [main] c.demo2 - 唤醒 lock 上其他线程
20:22:06 [t2] c.demo2 - 其他代码
20:22:06 [t1] c.demo2 - 其他代码
wait() 方法会释放对象的锁，进入 WaitSet 等待区，从而让其他线程就机会获取对象的锁。无限制等待，直到notify 为止
wait(long n) 有时限的等待, 到 n 毫秒后结束等待，或是被 notify
wait、notify 正确使用
sleep vs. wait
- sleep 是 Thread 方法，而 wait 是 Object 的方法
- sleep 不需要强制和 synchronized 配合使用，但 wait 需要和 synchronized 一起用
- sleep 在睡眠的同时，不会释放对象锁的，但 wait 在等待的时候会释放对象锁
- 它们状态 TIMED_WAITING
step 1
思考下面的解决方案好不好，为什么？
package WaNo;
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
@Slf4j(topic = "c.demo4")
public class demo4 {
static final Object room = new Object();
static boolean hasCigarette = false;
static boolean hasTakeOut = false;
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
new Thread(() -> {
synchronized (room){
log.debug("有烟没？[{}]",hasCigarette);
if(!hasCigarette){
log.debug("没烟，睡会！");
try {
Thread.sleep(2000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
log.debug("有烟没？[{}]",hasCigarette);
if(hasCigarette){
log.debug("开始干活！");
}
}
},"小南").start();
for(int i=0;i<5;i++){
new Thread(() -> {
synchronized (room){
log.debug("开始干活！");
}
},"其他人").start();
}
Thread.sleep(1000);
new Thread(() -> {
hasCigarette = true;
log.debug("烟到了！");
},"送烟的").start();
}
}
输出：
20:41:09 [小南] c.demo4 - 有烟没？[false]
20:41:09 [小南] c.demo4 - 没烟，睡会！
20:41:10 [送烟的] c.demo4 - 烟到了！
20:41:11 [小南] c.demo4 - 有烟没？[true]
20:41:11 [小南] c.demo4 - 开始干活！
20:41:11 [其他人] c.demo4 - 开始干活！
20:41:11 [其他人] c.demo4 - 开始干活！
20:41:11 [其他人] c.demo4 - 开始干活！
20:41:11 [其他人] c.demo4 - 开始干活！
20:41:11 [其他人] c.demo4 - 开始干活！
- 其它干活的线程，都要一直阻塞，效率太低
- 小南线程必须睡足 2s 后才能醒来，就算烟提前送到，也无法立刻醒来
- 加了 synchronized (room) 后，就好比小南在里面反锁了门睡觉，烟根本没法送进门，main 没加synchronized 就好像 main 线程是翻窗户进来的
- 解决方法，使用 wait - notify 机制
step 2
思考下面的实现行吗，为什么？
package WaNo.step;
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
@Slf4j(topic = "c.demo4")
public class step2 {
static final Object room = new Object();
static boolean hasCigarette = false;
static boolean hasTakeOut = false;
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
new Thread(() -> {
synchronized (room){
log.debug("有烟没？[{}]",hasCigarette);
if(!hasCigarette){
log.debug("没烟，睡会！");
try {
room.wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
log.debug("有烟没？[{}]",hasCigarette);
if(hasCigarette){
log.debug("开始干活！");
}
}
},"小南").start();
for(int i=0;i<5;i++){
new Thread(() -> {
synchronized (room){
log.debug("开始干活！");
}
},"其他人").start();
}
Thread.sleep(1000);
new Thread(() -> {
synchronized (room){
hasCigarette = true;
log.debug("烟到了！");
room.notify();
}
},"送烟的").start();
}
}
输出：
20:46:32 [小南] c.demo4 - 有烟没？[false]
20:46:32 [小南] c.demo4 - 没烟，睡会！
20:46:32 [其他人] c.demo4 - 开始干活！
20:46:32 [其他人] c.demo4 - 开始干活！
20:46:32 [其他人] c.demo4 - 开始干活！
20:46:32 [其他人] c.demo4 - 开始干活！
20:46:32 [其他人] c.demo4 - 开始干活！
20:46:33 [送烟的] c.demo4 - 烟到了！
20:46:33 [小南] c.demo4 - 有烟没？[true]
20:46:33 [小南] c.demo4 - 开始干活！
- 解决了其它干活的线程阻塞的问题
- 但如果有其它线程也在等待条件呢？
step 3
package WaNo.step;
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
@Slf4j(topic = "c.demo4")
public class step3 {
static final Object room = new Object();
static boolean hasCigarette = false;
static boolean hasTakeOut = false;
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
new Thread(() -> {
synchronized (room){
log.debug("有烟没？[{}]",hasCigarette);
if(!hasCigarette){
log.debug("没烟，睡会！");
try {
room.wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
log.debug("有烟没？[{}]",hasCigarette);
if(hasCigarette){
log.debug("开始干活！");
} else {
log.debug("没干成活...");
}
}
},"小南").start();
new Thread(() -> {
synchronized (room) {
Thread thread = Thread.currentThread();
log.debug("外卖送到没？[{}]", hasTakeOut);
if (!hasTakeOut) {
log.debug("没外卖，先歇会！");
try {
room.wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
log.debug("外卖送到没？[{}]", hasTakeOut);
if (hasTakeOut) {
log.debug("可以开始干活了");
} else {
log.debug("没干成活...");
}
}
}, "小女").start();
for(int i=0;i<5;i++){
new Thread(() -> {
synchronized (room){
log.debug("开始干活！");
}
},"其他人").start();
}
Thread.sleep(1000);
new Thread(() -> {
synchronized (room){
hasCigarette = true;
log.debug("烟到了！");
room.notify();
}
},"送烟的").start();
}
}
输出：
20:53:12.173 [小南] c.TestCorrectPosture - 有烟没？[false]
20:53:12.176 [小南] c.TestCorrectPosture - 没烟，先歇会！
20:53:12.176 [小女] c.TestCorrectPosture - 外卖送到没？[false]
20:53:12.176 [小女] c.TestCorrectPosture - 没外卖，先歇会！
20:53:13.174 [送外卖的] c.TestCorrectPosture - 外卖到了噢！
20:53:13.174 [小南] c.TestCorrectPosture - 有烟没？[false]
20:53:13.174 [小南] c.TestCorrectPosture - 没干成活...
notify 只能随机唤醒一个 WaitSet 中的线程，这时如果有其它线程也在等待，那么就可能唤醒不了正确的线程，称之为【虚假唤醒】
解决方法，改为 notifyAll
step 4
new Thread(() -> {
synchronized (room) {
hasTakeout = true;
log.debug("外卖到了噢！");
room.notifyAll();
}
}, "送外卖的").start();
输出：
20:55:23.978 [小南] c.TestCorrectPosture - 有烟没？[false]
20:55:23.982 [小南] c.TestCorrectPosture - 没烟，先歇会！
20:55:23.982 [小女] c.TestCorrectPosture - 外卖送到没？[false]
20:55:23.982 [小女] c.TestCorrectPosture - 没外卖，先歇会！
20:55:24.979 [送外卖的] c.TestCorrectPosture - 外卖到了噢！
20:55:24.979 [小女] c.TestCorrectPosture - 外卖送到没？[true]
20:55:24.980 [小女] c.TestCorrectPosture - 可以开始干活了
20:55:24.980 [小南] c.TestCorrectPosture - 有烟没？[false]
20:55:24.980 [小南] c.TestCorrectPosture - 没干成活...
用 notifyAll 仅解决某个线程的唤醒问题，但使用 if + wait 判断仅有一次机会，一旦条件不成立，就没有重新判断的机会了
解决方法，用 while + wait，当条件不成立，再次 wait
step 5
将 if 改为 while
while (!hasCigarette) {
log.debug("没烟，先歇会！");
try {
room.wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
输出：
20:58:34.322 [小南] c.TestCorrectPosture - 有烟没？[false]
20:58:34.326 [小南] c.TestCorrectPosture - 没烟，先歇会！
20:58:34.326 [小女] c.TestCorrectPosture - 外卖送到没？[false]
20:58:34.326 [小女] c.TestCorrectPosture - 没外卖，先歇会！
20:58:35.323 [送外卖的] c.TestCorrectPosture - 外卖到了噢！
20:58:35.324 [小女] c.TestCorrectPosture - 外卖送到没？[true]
20:58:35.324 [小女] c.TestCorrectPosture - 可以开始干活了
20:58:35.324 [小南] c.TestCorrectPosture - 没烟，先歇会！
套路总结
synchronized(lock) {
while(条件不成立) {
lock.wait();
}
// 干活
}
//另一个线程
synchronized(lock) {
lock.notifyAll();
}
同步模式之保护性暂停
定义
即 Guarded Suspension，用在一个线程等待另一个线程的执行结果
要点
- 有一个结果需要从一个线程传递到另一个线程，让他们关联同一个 GuardedObject
- 如果有结果不断从一个线程到另一个线程那么可以使用消息队列（见生产者/消费者）
- JDK 中，join 的实现、Future 的实现，采用的就是此模式
- 因为要等待另一方的结果，因此归类到同步模式
实现
package WaNo.step;
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
@Slf4j(topic = "c.demo4")
public class demo4 {
public static void main(String[] args) {
//线程1 等待线程2 的下载结果
GuardedObject guardedObject = new GuardedObject();
new Thread(() -> {
List<String> list = (List<String>) guardedObject.get();
log.debug("结果的大小是：{}",list.size());
},"t1").start();
new Thread(() -> {
log.debug("执行下载");
try {
Thread.sleep(5000);
List<String> list = new ArrayList<>();
list.add("1");
guardedObject.complete(list);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
},"t2").start();
}
}
class GuardedObject {
//结果
private Object response;
//获取结果
public Object get() {
synchronized (this){
//还没有结果
while (response == null){
try {
this.wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
return response;
}
}
//产生结果
public void complete(Object response){
synchronized (this){
//给结果成员变量赋值
this.response = response;
this.notifyAll();
}
}
}
输出：
16:47:15 [t2] c.demo4 - 执行下载
16:47:20 [t1] c.demo4 - 结果的大小是：1
异步模式之生产者/消费者
要点
- 与前面的保护性暂停中的 GuardObject 不同，不需要产生结果和消费结果的线程一一对应
- 消费队列可以用来平衡生产和消费的线程资源
- 生产者仅负责产生结果数据，不关心数据该如何处理，而消费者专心处理结果数据
- 消息队列是有容量限制的，满时不会再加入数据，空时不会再消耗数据
- JDK 中各种阻塞队列，采用的就是这种模式
package WaNo;
import lombok.AllArgsConstructor;
import lombok.Setter;
import lombok.ToString;
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
import java.util.LinkedList;
@Slf4j(topic = "c.demo5")
public class demo5 {
public static void main(String[] args) {
MessageQueue queue = new MessageQueue(2);
for (int i = 0; i < 3; i++) {
int id = i;
new Thread(() -> {
queue.put(new Message(id,"值"+id));
},"生产者" + i).start();
}
new Thread(() -> {
while (true){
try {
Thread.sleep(1000);
Message message = queue.take();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
},"消费者").start();
}
}
//消息队列类（线程间通信）
@Slf4j(topic = "c.MessageQueue")
class MessageQueue {
//消息队列集合
private LinkedList<Message> list = new LinkedList<>();
//队列容量
private int capcity;
public MessageQueue(int capcity){
this.capcity = capcity;
}
//获取消息
public Message take(){
//检查队列是否为空
synchronized (list){
while (list.isEmpty()){
try {
log.debug("队列为空，消费者线程等待");
list.wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
//从队列头部获取消息返回
Message message = list.removeFirst();
log.debug("已消费消息 {}",message);
list.notifyAll();
return message;
}
}
//存入消息
public void put(Message message){
synchronized (list){
//检查队列是否已满
while (list.size() == capcity){
try {
log.debug("队列已满，生产者线程等待");
list.wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
//将消息加入队列的尾部
list.addLast(message);
log.debug("已生产消息 {}",message);
list.notifyAll();
}
}
}
@Setter
@AllArgsConstructor
@ToString
@Slf4j(topic = "c.Message")
final class Message {
private int id;
private Object value;
}
输出：
17:18:49 [生产者0] c.MessageQueue - 已生产消息 Message(id=0, value=值0)
17:18:49 [生产者2] c.MessageQueue - 已生产消息 Message(id=2, value=值2)
17:18:49 [生产者1] c.MessageQueue - 队列已满，生产者线程等待
17:18:50 [消费者] c.MessageQueue - 已消费消息 Message(id=0, value=值0)
17:18:50 [生产者1] c.MessageQueue - 已生产消息 Message(id=1, value=值1)
17:18:51 [消费者] c.MessageQueue - 已消费消息 Message(id=2, value=值2)
17:18:52 [消费者] c.MessageQueue - 已消费消息 Message(id=1, value=值1)
17:18:53 [消费者] c.MessageQueue - 队列为空，消费者线程等待
park、unpark
基本使用
它们是 LockSupport 类中的方法
// 暂停当前线程
LockSupport.park();
// 恢复某个线程的运行
LockSupport.unpark(暂停线程对象)
先 park 再 unpark
Thread t1 = new Thread(() -> {
log.debug("start...");
sleep(1);
log.debug("park...");
LockSupport.park();
log.debug("resume...");
},"t1");
t1.start();
Thread.sleep(2);
log.debug("unpark...");
LockSupport.unpark(t1);
输出：
18:42:52.585 c.TestParkUnpark [t1] - start...
18:42:53.589 c.TestParkUnpark [t1] - park...
18:42:54.583 c.TestParkUnpark [main] - unpark...
18:42:54.583 c.TestParkUnpark [t1] - resume...
先 unpark 再 park
Thread t1 = new Thread(() -> {
log.debug("start...");
sleep(2);
log.debug("park...");
LockSupport.park();
log.debug("resume...");
}, "t1");
t1.start();
sleep(1);
log.debug("unpark...");
LockSupport.unpark(t1);
输出：
18:43:50.765 c.TestParkUnpark [t1] - start...
18:43:51.764 c.TestParkUnpark [main] - unpark...
18:43:52.769 c.TestParkUnpark [t1] - park...
18:43:52.769 c.TestParkUnpark [t1] - resume...
特点
与 Object 的 wait & notify 相比
- wait，notify 和 notifyAll 必须配合 Object Monitor 一起使用，而 park，unpark 不必
- park & unpark 是以线程为单位来【阻塞】和【唤醒】线程，而 notify 只能随机唤醒一个等待线程，notifyAll 是唤醒所有等待线程，就不那么【精确】
- park & unpark 可以先 unpark，而 wait & notify 不能先 notify
原理
每个线程都有自己的一个 Parker 对象，由三部分组成 _counter ， _cond 和 _mutex
- 当前线程调用 Unsafe.park() 方法
- 检查 _counter ，本情况为 0，这时，获得 _mutex 互斥锁
- 线程进入 _cond 条件变量阻塞
- 设置 _counter = 0
- 调用 Unsafe.unpark(Thread_0) 方法，设置 _counter 为 1
- 唤醒 _cond 条件变量中的 Thread_0
- Thread_0 恢复运行
- 设置 _counter 为 0
- 调用 Unsafe.unpark(Thread_0) 方法，设置 _counter 为 1
- 当前线程调用 Unsafe.park() 方法
- 检查 _counter ，本情况为 1，这时线程无需阻塞，继续运行
- 设置 _counter 为 0
重新理解六种状态
假设有线程 Thread t
情况一
NEW --> RUNNABLE
当调用 t.start() 方法时，由 NEW --> RUNNABLE
情况二
RUNNABLE <--> WAITING
t 线程用 synchronized(obj) 获取了对象锁后
- 调用 obj.wait() 方法时，t 线程从 RUNNABLE --> WAITING
- 调用 obj.notify() ， obj.notifyAll() ， t.interrupt() 时
- 竞争锁成功，t 线程从 WAITING --> RUNNABLE
- 竞争锁失败，t 线程从 WAITING --> BLOCKED
情况三
RUNNABLE <--> WAITING
- 当前线程调用 t.join() 方法时，当前线程从 RUNNABLE --> WAITING
- 注意是当前线程在t 线程对象的监视器上等待
- t 线程运行结束，或调用了当前线程的 interrupt() 时，当前线程从 WAITING --> RUNNABLE
情况四
RUNNABLE <--> WAITING
- 当前线程调用 LockSupport.park() 方法会让当前线程从 RUNNABLE --> WAITING
- 调用 LockSupport.unpark(目标线程) 或调用了线程 的 interrupt() ，会让目标线程从 WAITING --> RUNNABLE
情况五
RUNNABLE <--> TIMED_WAITING
t 线程用 synchronized(obj) 获取了对象锁后
- 调用 obj.wait(long n) 方法时，t 线程从 RUNNABLE --> TIMED_WAITING
- t 线程等待时间超过了 n 毫秒，或调用 obj.notify() ， obj.notifyAll() ， t.interrupt() 时
- 竞争锁成功，t 线程从 TIMED_WAITING --> RUNNABLE
- 竞争锁失败，t 线程从 TIMED_WAITING --> BLOCKED
情况六
RUNNABLE <--> TIMED_WAITING
- 当前线程调用 t.join(long n) 方法时，当前线程从 RUNNABLE --> TIMED_WAITING
- 注意是当前线程在t 线程对象的监视器上等待
- 当前线程等待时间超过了 n 毫秒，或t 线程运行结束，或调用了当前线程的 interrupt() 时，当前线程从TIMED_WAITING --> RUNNABLE
情况七
RUNNABLE <--> TIMED_WAITING
- 当前线程调用 Thread.sleep(long n) ，当前线程从 RUNNABLE --> TIMED_WAITING
- 当前线程等待时间超过了 n 毫秒，当前线程从 TIMED_WAITING --> RUNNABLE
情况八
RUNNABLE <--> TIMED_WAITING
- 当前线程调用 LockSupport.parkNanos(long nanos) 或 LockSupport.parkUntil(long millis) 时，当前线程从 RUNNABLE --> TIMED_WAITING
- 调用 LockSupport.unpark(目标线程) 或调用了线程 的 interrupt() ，或是等待超时，会让目标线程从TIMED_WAITING--> RUNNABLE
情况九
RUNNABLE <--> BLOCKED
- t 线程用 synchronized(obj) 获取了对象锁时如果竞争失败，从 RUNNABLE --> BLOCKED
- 持 obj 锁线程的同步代码块执行完毕，会唤醒该对象上所有 BLOCKED 的线程重新竞争，如果其中 t 线程竞争成功，从 BLOCKED --> RUNNABLE ，其它失败的线程仍然 BLOCKED
情况十
RUNNABLE <--> TERMINATED
当前线程所有代码运行完毕，进入 TERMINATED
多把锁
package WaNo;
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
@Slf4j(topic = "c.demo6")
public class demo6 {
public static void main(String[] args) {
BigRoom bigRoom = new BigRoom();
new Thread(() -> {
bigRoom.study();
},"r1").start();
new Thread(() -> {
bigRoom.sleep();
},"r2").start();
}
}
@Slf4j(topic = "c.BigRoom")
class BigRoom {
private final Object studyRoom = new Object();
private final Object bedRoom = new Object();
public void sleep(){
synchronized (bedRoom){
log.debug("sleep two hours");
try {
Thread.sleep(2000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
public void study(){
synchronized (studyRoom){
log.debug("study one hour");
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}
输出：
20:01:42 [r2] c.BigRoom - sleep two hours
20:01:42 [r1] c.BigRoom - study one hour
将锁的粒度细分
- 好处，是可以增强并发度
- 坏处，如果一个线程需要同时获得多把锁，就容易发生死锁
活跃性
死锁
有这样的情况：一个线程需要同时获取多把锁，这时就容易发生死锁
t1 线程 获得 A对象 锁，接下来想获取 B对象 的锁 t2 线程 获得 B对象 锁，接下来想获取 A对象 的锁
Object A = new Object();
Object B = new Object();
Thread t1 = new Thread(() -> {
synchronized (A) {
log.debug("lock A");
sleep(1);
synchronized (B) {
log.debug("lock B");
log.debug("操作...");
}
}
}, "t1");
Thread t2 = new Thread(() -> {
synchronized (B) {
log.debug("lock B");
sleep(0.5);
synchronized (A) {
log.debug("lock A");
log.debug("操作...");
}
}
}, "t2");
t1.start();
t2.start();
输出：
12:22:06.962 [t2] c.TestDeadLock - lock B
12:22:06.962 [t1] c.TestDeadLock - lock A
哲学家进餐问题
有五位哲学家，围坐在圆桌旁。
- 他们只做两件事，思考和吃饭，思考一会吃口饭，吃完饭后接着思考。
- 吃饭时要用两根筷子吃，桌上共有 5 根筷子，每位哲学家左右手边各有一根筷子。
- 如果筷子被身边的人拿着，自己就得等待
这种线程没有按预期结束，执行不下去的情况，归类为【活跃性】问题，除了死锁以外，还有活锁和饥饿者两种情况
活锁
活锁出现在两个线程互相改变对方的结束条件，最后谁也无法结束
public class TestLiveLock {
static volatile int count = 10;
static final Object lock = new Object();
public static void main(String[] args) {
new Thread(() -> {
// 期望减到 0 退出循环
while (count > 0) {
sleep(0.2);
count--;
log.debug("count: {}", count);
}
}, "t1").start();
new Thread(() -> {
// 期望超过 20 退出循环
while (count < 20) {
sleep(0.2);
count++;
log.debug("count: {}", count);
}
}, "t2").start();
}
饥饿
一个线程由于优先级太低，始终得不到 CPU 调度执行，也不能够结束
ReentrantLock
相对于 synchronized 它具备如下特点
- 可中断
- 可以设置超时时间
- 可以设置为公平锁
- 支持多个条件变量
与 synchronized 一样，都支持可重入
基本语法
// 获取锁
reentrantLock.lock();
try {
// 临界区
} finally {
// 释放锁
reentrantLock.unlock();
}
可重入
可重入是指同一个线程如果首次获得了这把锁，那么因为它是这把锁的拥有者，因此有权利再次获取这把锁如果是不可重入锁，那么第二次获得锁时，自己也会被锁挡住
package ReentrantLockDemo;
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
@Slf4j(topic = "c.demo1")
public class demo1 {
private static ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
public static void main(String[] args) {
lock.lock();
try {
log.debug("enter main");
m1();
}finally {
lock.unlock();
}
}
public static void m1(){
lock.lock();
try {
log.debug("enter m1");
m2();
}finally {
lock.unlock();
}
}
public static void m2(){
lock.lock();
try {
log.debug("enter m2");
}finally {
lock.unlock();
}
}
}
输出：
20:19:19 [main] c.demo1 - enter main
20:19:19 [main] c.demo1 - enter m1
20:19:19 [main] c.demo1 - enter m2
可打断
package ReentrantLockDemo;
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
@Slf4j(topic = "c.demo2")
public class demo2 {
private static ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
Thread t1 = new Thread(() -> {
try {
//如果没有竞争，此方法会获取对象的锁
//如果有竞争，就进入阻塞队列，可以被其他线程用 interrupt 打断
log.debug("尝试获得锁");
lock.lockInterruptibly();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
log.debug("未获得锁，返回");
return;
}
try {
log.debug("获取到锁");
}finally {
lock.unlock();
}
}, "t1");
lock.lock();
t1.start();
Thread.sleep(1000);
log.debug("打断t1");
t1.interrupt();
}
}
输出：
20:26:05 [t1] c.demo2 - 尝试获得锁
20:26:06 [main] c.demo2 - 打断t1
20:26:06 [t1] c.demo2 - 未获得锁，返回
java.lang.InterruptedException
at java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedSynchronizer.doAcquireInterruptibly(AbstractQueuedSynchronizer.java:898)
at java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedSynchronizer.acquireInterruptibly(AbstractQueuedSynchronizer.java:1222)
at java.util.concurrent.locks.ReentrantLock.lockInterruptibly(ReentrantLock.java:335)
at ReentrantLockDemo.demo2.lambda$main$0(demo2.java:16)
at java.lang.Thread.run(Thread.java:748)
Process finished with exit code 0
注意如果是不可中断模式，那么即使使用了 interrupt 也不会让等待中断
锁超时
立刻失败
package ReentrantLockDemo;
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
@Slf4j(topic = "c.demo3")
public class demo3 {
private static ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
public static void main(String[] args) {
Thread t1 = new Thread(() -> {
log.debug("尝试获得锁");
if(!lock.tryLock()){
log.debug("获取不到锁");
return;
}
try {
log.debug("获得到锁");
}finally {
lock.unlock();
}
},"t1");
lock.lock();
log.debug("获得到锁");
t1.start();
}
}
输出：
20:31:15 [main] c.demo3 - 获得到锁
20:31:15 [t1] c.demo3 - 尝试获得锁
20:31:15 [t1] c.demo3 - 获取不到锁
超时失败
package ReentrantLockDemo;
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
import sun.reflect.generics.tree.Tree;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
@Slf4j(topic = "c.demo3")
public class demo3 {
private static ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
Thread t1 = new Thread(() -> {
log.debug("尝试获得锁");
try {
if(!lock.tryLock(1, TimeUnit.SECONDS)){
log.debug("获取不到锁");
return;
}
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
log.debug("获取不到锁");
return;
}
try {
log.debug("获得到锁");
}finally {
lock.unlock();
}
},"t1");
lock.lock();
log.debug("获得到锁");
Thread.sleep(1000);
lock.unlock();
t1.start();
}
}
输出：
20:34:03 [main] c.demo3 - 获得到锁
20:34:04 [t1] c.demo3 - 尝试获得锁
20:34:04 [t1] c.demo3 - 获得到锁
公平锁
ReentrantLock 默认是不公平的
package ReentrantLockDemo;
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
@Slf4j(topic = "c.demo4")
public class demo4 {
public static void main(String[] args) {
ReentrantLock lock = new ReentrantLock(false);
lock.lock();
for (int i = 0; i < 500; i++) {
new Thread(() -> {
lock.lock();
try {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " running...");
} finally {
lock.unlock();
}
}, "t" + i).start();
}
// 1s 之后去争抢锁
Thread.sleep(1000);
new Thread(() -> {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " start...");
lock.lock();
try {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " running...");
} finally {
lock.unlock();
}
}, "强行插入").start();
lock.unlock();
}
}
强行插入，有机会在中间输出
注意：该实验不一定总能复现
t39 running...
t40 running...
t41 running...
t42 running...
t43 running...
强行插入 start...
强行插入 running...
t44 running...
t45 running...
t46 running...
t47 running...
t49 running...
改为公平锁后
ReentrantLock lock = new ReentrantLock(true);
强行插入，总是在最后输出
t465 running...
t464 running...
t477 running...
t442 running...
t468 running...
t493 running...
t482 running...
t485 running...
t481 running...
强行插入 running...
公平锁一般没有必要，会降低并发度
条件变量
ReentrantLock 的条件变量比 synchronized 强大之处在于，它是支持多个条件变量的，这就好比
- synchronized 是那些不满足条件的线程都在一间休息室等消息
- 而 ReentrantLock 支持多间休息室，有专门等烟的休息室、专门等早餐的休息室、唤醒时也是按休息室来唤醒
使用要点：
- await 前需要获得锁
- await 执行后，会释放锁，进入 conditionObject 等待
- await 的线程被唤醒（或打断、或超时）取重新竞争 lock 锁
- 竞争 lock 锁成功后，从 await 后继续执行
package ReentrantLockDemo;
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
import java.util.concurrent.locks.Condition;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
@Slf4j(topic = "c.demo4")
public class demo4 {
private static ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
public static void main(String[] args) {
//创建一个新的条件变量（休息室）
Condition condition1 = lock.newCondition();
Condition condition2 = lock.newCondition();
lock.lock();
//进入休息室等待
condition1.await();
condition1.signal();
//condition1.signalAll();
}
}
同步模式之顺序控制
固定运行顺序
比如，必须先 2 后 1 打印
wait notify版
package ReentrantLockDemo;
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
@Slf4j(topic = "c.demo4")
public class demo4 {
static final Object lock = new Object();
//表示 t2 是否被运行过
static boolean t2runned = false;
public static void main(String[] args) {
Thread t1 = new Thread(() -> {
synchronized (lock){
while (!t2runned){
try {
lock.wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
log.debug("1");
}
},"t1");
Thread t2 = new Thread(() -> {
synchronized (lock){
log.debug("2");
t2runned = true;
lock.notify();
}
},"t2");
t1.start();
t2.start();
}
}
输出：
20:49:28 [t2] c.demo4 - 2
20:49:28 [t1] c.demo4 - 1
park unpark版
可以看到，实现上很麻烦：
- 首先，需要保证先 wait 再 notify，否则 wait 线程永远得不到唤醒。因此使用了『运行标记』来判断该不该wait
- 第二，如果有些干扰线程错误地 notify 了 wait 线程，条件不满足时还要重新等待，使用了 while 循环来解决此问题
- 最后，唤醒对象上的 wait 线程需要使用 notifyAll，因为『同步对象』上的等待线程可能不止一个
可以使用 LockSupport 类的 park 和 unpark 来简化上面的题目：
package ReentrantLockDemo;
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
import java.util.concurrent.locks.LockSupport;
@Slf4j(topic = "demo5")
public class demo5 {
public static void main(String[] args) {
Thread t1 = new Thread(() -> {
LockSupport.park();
log.debug("1");
}, "t1");
t1.start();
new Thread(() -> {
log.debug("2");
LockSupport.unpark(t1);
},"t2").start();
}
}
交替输出
线程 1 输出 a 5 次，线程 2 输出 b 5 次，线程 3 输出 c 5 次。现在要求输出 abcabcabcabcabc 怎么实现
wait notify版
package ReentrantLockDemo;
import lombok.AllArgsConstructor;
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
import java.util.concurrent.locks.LockSupport;
@Slf4j(topic = "demo5")
public class demo5 {
public static void main(String[] args) {
WaitNotify wn = new WaitNotify(1,5);
new Thread(() -> {
wn.print("a",1,2);
}).start();
new Thread(() -> {
wn.print("b",2,3);
}).start();
new Thread(() -> {
wn.print("c",3,1);
}).start();
}
}
/*
输出内容 等待标记 下一个标记
a 1 2
b 2 3
c 3 1
*/
@AllArgsConstructor
class WaitNotify{
//等待标记
private int flag;
//循环次数
private int loopNumber;
//打印
public void print(String str,int waitFlag,int nextFlag){
for (int i = 0; i < loopNumber; i++) {
synchronized (this){
while (flag != waitFlag){
try {
this.wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
System.out.print(str);
flag = nextFlag;
this.notifyAll();
}
}
}
}
输出：
abcabcabcabcabc
ReentrantLock版
package ReentrantLockDemo;
import lombok.AllArgsConstructor;
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
import java.util.concurrent.locks.Condition;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
@Slf4j(topic = "c.demo6")
public class demo6 {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
AwaitSignal awaitSignal = new AwaitSignal(5);
Condition a = awaitSignal.newCondition();
Condition b = awaitSignal.newCondition();
Condition c = awaitSignal.newCondition();
new Thread(() -> {
awaitSignal.print("a", a, b);
}).start();
new Thread(() -> {
awaitSignal.print("b", b, c);
}).start();
new Thread(() -> {
awaitSignal.print("c", c, a);
}).start();
Thread.sleep(1000);
awaitSignal.lock();
try {
System.out.println("开始。。。");
a.signal();
}finally {
awaitSignal.unlock();
}
}
}
@AllArgsConstructor
class AwaitSignal extends ReentrantLock {
private int loopNumber;
/**
* @param str 打印内容
* @param current 进入哪一间休息室
* @param next 下一间休息室
*/
public void print(String str,Condition current,Condition next){
for (int i = 0; i < loopNumber; i++) {
lock();
try {
try {
current.await();
System.out.print(str);
next.signal();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}finally {
unlock();
}
}
}
}
输出：
开始。。。
abcabcabcabcabc
park unpark版
package ReentrantLockDemo;
import lombok.AllArgsConstructor;
import java.util.concurrent.locks.LockSupport;
public class demo7 {
static Thread t1;
static Thread t2;
static Thread t3;
public static void main(String[] args) {
ParkUnpark pu = new ParkUnpark(5);
t1 = new Thread(() -> {
pu.print("a", t2);
},"t1");
t2 = new Thread(() -> {
pu.print("b", t3);
},"t2");
t3 = new Thread(() -> {
pu.print("c", t1);
},"t3");
t1.start();
t2.start();
t3.start();
LockSupport.unpark(t1);
}
}
@AllArgsConstructor
class ParkUnpark{
private int loopNumber;
public void print(String str,Thread next){
for (int i = 0; i < loopNumber; i++) {
LockSupport.park();
System.out.print(str);
LockSupport.unpark(next);
}
}
}
输出：
abcabcabcabcabc
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