锁的作用

  1. 控制多个线程访问共享资源。
  2. 线程协作

Lock接口

特点

  1. 与synchronized类似的同步功能,只是需要显式地获取和释放锁。缺少隐式获取锁的便捷性。
  2. 拥有锁获取与释放的可操作性、可中断的获取锁以及超时获取锁等多种同步特性。
  3. 可扩展性好。
  4. 尝试非阻塞地获取锁:如果当前时刻锁没有被占用,则获得锁。
  5. 能被中断地获取锁:获得锁的线程能被中断,当获得锁的线程被中断,中断异常会被抛出,然后锁会被释放 。
  6. 超时获取锁:在一定时间内尝试获取锁,如果超时,就返回。

使用方式

Lock lock = new ReentrantLock();
lock.lock(); try {
doSomething();
} finally {
lock.unlock();
}

注意点

  1. 在finally中释放锁,可以保证在获取锁之后,最终能够得到释放 。
  2. 不要将获取锁放在try中,因为可能发生异常,没有获得锁,最后在finally中导致锁的释放。

API

队列同步器

作用

是用来构建锁或者其他同步组件的基础框架。面向锁的是闲着,简化了锁的实现方式。

实现原理

1. 同步队列

依赖一个FIFO双向队列,当前线程获取同步状态失败的时候,就会把线程及其状态信息做成一个节点入队,并阻塞当前线程。当同步状态释放的时候,就唤醒首节点,进行获取同步状态。

队列中的节点用来保存获取同步状态失败的线程引用、等待状态以及前驱和后继节点。用过CAS算法设置尾节点。

当首节点获取同步状态成功时候,就会在释放的时候,唤醒后继节点,然后后继将自己设置为首节点。

2.独占式同步状态获取与释放

每个节点都在自旋,如果前驱节点是头节点,就尝试获取同步状态;不是就进入等待状态。

3.共享式同步状态获取与释放

读操作可以是共享,而写操作是独占。

通过嗲用同步器的acquireShared方法可以共享式地获取同步状态。

同步队列总结

  1. 是一个获取锁的实现框架,让需要竞争一个锁的线程排队,高效获取。
  2. 如果不能马上获取锁,那么这个线程会进入等待状态,而不是一直去尝试获取,这样降低了开销。

重入锁

特点

  1. 支持线程对资源的重复加锁。
  2. 支持获取锁时的公平和非公平性选择。

实现重进入

重进入是指线程在获取到锁之后,这个线程再去获取这把锁,不会被这把锁阻塞。

  1. 再次获取:锁需要是被当前线程是否是已经获得自己的线程,如果是,则再次成功获取。
  2. 最终释放:获取了几次,就要释放几次,这样才能让其他线程获取到这把锁。

公平性与非公平性

  1. 什么是公平性?就是根据线程等待时间的长短,确定哪个线程先获取到锁。
  2. 公平性的问题。非公平的锁开销更小。因为公平性锁采用了FIFO原则将等待线程放进队列,代价是大量的线程切换。

读写锁

特点

  1. 不是排他锁,同一时刻可以允许多个读线程访问;
  2. 但是同一时刻只能由一个写线程访问。
  3. 通过读锁和写锁分离,提高并发性。

实现原理

  1. 写锁是一个支持冲入的排他锁。
  2. 读锁是一个支持重入的共享锁。每次有一个新的线程获取锁,锁状态就增加,这样,如果有写线程想要获取锁就会被阻塞,直到读锁都被释放的时候,写锁才能被获取。
  3. 锁降级。当前线程中的获取的写锁降级为读锁,就是锁降级。过程是:先获取写锁,再获取读锁,最后释放写锁。目的是防止直接放弃写锁之后,其他线程获取到写锁,并修改数据。

使用方式

List<Integer> data = new ArrayList<>();
ReentrantReadWriteLock rwl = new ReentrantReadWriteLock();
Lock r = rwl.readLock();
Lock w = rwl.writeLock(); public int get(int idx) {
r.lock();
try {
return data.get(idx);
} finally {
r.unlock();
}
} public void add(int num) {
w.lock();
try {
data.add(num);
} finally {
w.unlock();
}
}

LockSupport工具

作用

用于阻塞或唤醒一个线程的公共静态方法。

API

Condition 接口

作用

与Lock配合使用,实现等待和通知模式。

与对象监视器的区别

使用示例

Lock lock = new ReentrantLock();
Condition condition = lock.newCondition();
public void conditionWait() throws InterruptedException {
lock.lock();
try {
condition.await();
} finally {
lock.unlock();
}
} public void conditionSignal() throws InterruptedException {
lock.lock();
try {
condition.signal();
} finally {
lock.unlock();
}
}

API

实现原理

和同步队列类似。

1.等待队列

等待队列是一个FIFO的队列,每当一个线程调用await()方法,那么这个线程就会释放锁,并进入等待队列。

2.等待

线程调用await()方法进入等待态。

3. 通知

当调用了signal方法,将会唤醒等待队列德首节点。唤醒之前,会将节点移到同步队列中。为什么要放入同步队列中?排队去获取锁啊。

等待队列总结

condition的等待队列像是同步队列下的一个缓冲,同步队列是竞争锁的队列,只有首节点获取到了锁,如果这个节点的线程调用了await方法,那么那就从同步队列的首节点跑到了等待队列了尾节点。其他线程调用了signal方法,那么等待队列的首就跑到同步队列的尾部,进行排队竞争锁。

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