锁和synchronized

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锁的常见概念

  • 互斥: 同一时刻只有一个线程执行
  • 临界区:一段需要互斥执行的代码
  • 细粒度锁: 用不同的锁对受保护资源进行精细化管理。 细粒度锁可以提高并行度,是性能优化的一个重要手段
  • 死锁 :一组互相竞争资源的线程因互相等待,导致“永久”阻塞的现象 。

用锁的最佳实践

  1. 永远只再更新对象的成员变量时加锁。
  2. 永远只在访问可变的成员变量时加锁。
  3. 永远不再调用其它对象的方法时加锁。
  4. 减少所得持有时间,减小锁的粒度。

同步与异步

  • 调用方法如果需要等待结果,就是同步;如果不需要等待结果就是异步。
  • 同步是Java代码默认的处理方式。

如何实现程序支持异步:

  1. 异步调用: 调用方创建一个子线程,再子线程中执行方法调用。
  2. 异步方法: 被调用方;方法实现的时候,创建一个显得线程执行主要逻辑,主线程直接return。

synchronized

class  X{
    //修饰非静态方法
    synchronized void foo(){
        //临界区
    }
    //修饰静态方法
    synchronized static void bar(){
        //临界区
    }
    
    //修饰代码块
    Object obj = new Object();
    void baz(){
           synchronized(obj){
            //临界区
        }
    }
}

Java编译器会在synchronized修饰的方法或代码块前后自动加上加锁lock()和解锁unlock(),这样做的好处就是加锁lock()和解锁unlock()一定 是成对出现的,毕竟忘记解锁unlock()可是个致命的Bug(意味着其他线程只能死等下去了)。

修饰静态方法:
//修饰静态方法是用当前类的字节码文件作为锁
class  X{
    //修饰静态方法
    synchronized(X.class) static void bar(){
        //临界区
    }
}
修饰非静态方法:
//修饰非静态方法是用当前对象作为锁
class  X{
    //修饰非静态方法
    synchronized(this) static void bar(){
        //临界区
    }
}

如何用一把锁保护多个资源

受保护资源和锁之间合理的关联关系应该是N:1的关系,也就是说可以用一把锁来保护多个资源,但是不能用多把锁来保护一个资源,

使用锁的正确姿势

依转账业务作为示例

示例一:

public class Account {
    /**
     *锁:保护账⼾余额
     */
    private    final    Object    balLock    = new Object();
    /**
     * 账⼾余额
     */
    private    Integer    balance;
   
    /**
     * 错误的做法
     * 非静态方法的锁是this, 
     * this这把锁可以保护自己的余额this.balance,保护不了别人的余额 target.balance
     * 
     */
   synchronized void transfer(Account target,int amt){
        if (this.balance > amt) {
            this.balance -= amt;
            target.balance += amt;//这段代码会出现线程安全,要保证线程安全的话要使用同一个锁
        }
    }
}

示例二:

public class Account {
    /**
     *锁:保护账⼾余额
     */
    private    final    Object    balLock    = new Object();
    /**
     * 账⼾余额
     */
    private    Integer    balance;
   

    /**
     * 正确的做法,但是会导致整个转账系统的串行
     *
     * Account.class是所有Account对象共享的,
     * 而且这个对象是Java虚拟机在加载Account类的时候创建的,
     * 所以我们不用担心它的唯一性
     *
     * 这样还有个弊端:所有的转账都是串行了
     */
    void transfer2(Account target,int amt){
        synchronized(Account.class){
            if (this.balance > amt) {
                this.balance -= amt;
                target.balance += amt;
            }
        }
    }
}

这样的话转账操作就成了串行的了,正常的逻辑应该只锁转入账号和被转入账户;不影响其他的转账操作。稍作改造:

示例三:

public class Account {
    /**
     *锁:保护账⼾余额
     */
    private    final Object lock;
    /**
     * 账⼾余额
     */
    private    Integer    balance;
   
    //私有化无参构造
    private Account(){}
    //设置一个传递lock的有参构造
    private Account(Object lock){
        this.lock = lock;
    }
    
    /**
     * 转账
     */
    void transfer(Account target,int amt){
        //此处检查所有对象共享锁
        synchronized(lock){
            if (this.balance > amt) {
                this.balance -= amt;
                target.balance += amt;
            }
        }
    }
}

这个方法虽然能够解决问题,但是它要求创建Account对象的时候必须传入同一个对象,

还有就是传递对象过于麻烦,写法繁琐缺乏可行性。

示例四:

public class Account {
    
    /**
     * 账⼾余额
     */
    private    Integer    balance;
    
    /**
     * 转账
     */
    void transfer(Account target,int amt){
        //此处检查所有对象共享锁
        synchronized(Account.class){
            if (this.balance > amt) {
                this.balance -= amt;
                target.balance += amt;
            }
        }
    }
}

用Account.class作为共享的锁,锁定的范围太大。 Account.class是所有Account对象共享的,而且这个对象是Java虚拟机在加载Account类的时候创建的,所以我们不用担心它的唯一性。使用Account.class作为共享的锁,我们就无需在创建Account对象时传入了。

这样新的问题就出来了虽然用Account.class作为互斥锁,来解决银行业务里面的转账问题,虽然这个方案不存在 并发问题,但是所有账户的转账操作都是串行的,例如账户A转账户B、账户C转账户D这两个转账操作现实 世界里是可以并行的,但是在这个方案里却被串行化了,这样的话,性能太差。所以如果考虑并发量这种方法也不行的

正确的写法是这样的(使用细粒度锁):

示例五:

public class Account {
    
    /**
     * 账⼾余额
     */
    private    Integer    balance;
    
    /**
     * 转账
     */
    void transfer(Account target,int amt){
        //锁定转出账户
        synchronized(this){
             //锁住转入账户
            synchronized(target){
                if (this.balance > amt) {
                    this.balance -= amt;
                    target.balance += amt;
                }
            }
        }
    }
}

我们试想在古代,没有信息化,账户的存在形式真的就是一个账本,而且每个账户都有一个账本,这些账本 都统一存放在文件架上。银行柜员在给我们做转账时,要去文件架上把转出账本和转入账本都拿到手,然后做转账。这个柜员在拿账本的时候可能遇到以下三种情况:

  1. 文件架上恰好有转出账本和转入账本,那就同时拿走;
  2. 如果文件架上只有转出账本和转入账本之一,那这个柜员就先把文件架上有的账本拿到手,同时等着其 他柜员把另外一个账本送回来;
  3. ​ 转出账本和转入账本都没有,那这个柜员就等着两个账本都被送回来。

细粒度锁有可能会出现死锁

  • 死锁 :一组互相竞争资源的线程因互相等待,导致“永久”阻塞的现象 。
  • 两个线程彼此拿着对方的资源都不释放就会导致死锁,
  • 使用细粒度锁可能会导致死锁
如果有客户找柜员张三做个转账业务:账户 A转账户B 100元,此时另一个客户找柜员李四也做个转账业务:账户B转账户A 100元,于是张三和李四同时都去文件架上拿账本,这时候有可能凑巧张三拿到了账本A,李四拿到了账本B。张三拿到账本A后就等着 账本B(账本B已经被李四拿走),而李四拿到账本B后就等着账本A(账本A已经被张三拿走),他们要等 多久呢?他们会永远等待下去…因为张三不会把账本A送回去,李四也不会把账本B送回去。我们姑且称为死等吧。
如何避免死锁
  1. 互斥,共享资源X和Y只能被一个线程占用;
  2. 占有且等待,线程T1已经取得共享资源X,在等待共享资源Y的时候,不释放共享资源x;
  3. 不可抢占,其他线程不能强行抢占线程T1占有的资源;
  4. 循环等待,线程1等待线程T2占有的资源,线程T2等待线程T1占有的资源,就是循环等待。

只要破坏其中一个就可以避免死锁

等待-通知机制

用synchronized实现等待-通知机制

  • synchronized 配合wait(),notif(),notifyAll()这三个方法能够轻松实现.
  • wait(): 当前线程释放锁,进入阻塞状态
  • notif(),notifAll(): 通知阻塞的线程有可以继续执行,线程进入可执行状态
  • notif()是会随机地地通知等待队歹一个线程
  • notifyAll()会通知等待队列中的所有线程,建议使用notifAll()

wait与sleep区别:

sleep是Object的中的方法,wait是Thread中的方法

wait会释放锁,sleep不会释放锁

wait需要用notif唤醒,sleep设置时间,时间到了唤醒

wait无需捕获异常,而sleep需要

wait(): 当前线程进入阻塞


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