转载

Lock锁的详细实现(AQS及Future Task)

系列目录

浪费了一个周末啥都没学 QAQ

日期：2019年7月2日23:05:51

Lock

核心API

API

方法	描述
lock	获取锁的方法，若锁被其他线程获取，则等待(阻塞)
lockinterruptibly	在锁的获取过程中可以中断当前线程
tryLock	尝试非阻塞地获取锁，立即返回
unlock	释放锁

Tips：

根据Lock接口的源码注释，Lock接口的实现，具备和同步关键字同样的内存语义。

实例

可重入

public class ReentrantDemo1 {
    private static final ReentrantLock lock = new ReentrantLock();

    public static void main(String[] args) {
        lock.lock();  // block until condition holds
        try {
            System.out.println("第一次获取锁");
            System.out.println("当前线程获取锁的次数" + lock.getHoldCount());
            lock.lock();
            System.out.println("第二次获取锁了");
            System.out.println("当前线程获取锁的次数" + lock.getHoldCount());
        } finally {
            lock.unlock();
            lock.unlock();
        }
        System.out.println("当前线程获取锁的次数" + lock.getHoldCount());

        // 如果不释放，此时其他线程是拿不到锁的
        new Thread(() -> {
            System.out.println(Thread.currentThread() + " 期望抢到锁");
            lock.lock();
            System.out.println(Thread.currentThread() + " 线程拿到了锁");
        }).start();
    }
}
复制代码

是可重入的，一个线程可以锁定多次

1. 需要 unluck() 相同的次数
2. lock() n 次则需要 unlock 相同次数

可响应中断

中断只是标记线程应该被中断，但不是马上停止

// 可响应中断
public class LockInterruptiblyDemo1 {
    private Lock lock = new ReentrantLock();

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        LockInterruptiblyDemo1 demo1 = new LockInterruptiblyDemo1();
        Runnable runnable = new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                try {
                    demo1.test(Thread.currentThread());
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        };
        Thread thread1 = new Thread(runnable);
        Thread thread2 = new Thread(runnable);
        thread1.start();
        Thread.sleep(500); // 等待0.5秒，让thread1先执行

        thread2.start();
        Thread.sleep(2000); // 两秒后，中断thread2

        thread2.interrupt();
    }

    public void test(Thread thread) throws InterruptedException {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "， 想获取锁");
        lock.lockInterruptibly();   //注意，如果需要正确中断等待锁的线程，必须将获取锁放在外面，然后将InterruptedException抛出
        try {
            System.out.println(thread.getName() + "得到了锁");
            Thread.sleep(10000); // 抢到锁，10秒不释放
        } finally {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "执行finally");
            lock.unlock();
            System.out.println(thread.getName() + "释放了锁");
        }
    }
}复制代码

lockInterruptibly()/lock() 区别

lockInterruptibly 可以响应中断

- 即，阻塞时被中断，可以 throw exception

lock() 不响应中断

- 被 interrupt 后不会立即中断，而是继续等待

ReentrantReadWriteLock 读写锁

读写锁定义

维护一对关联锁，一个用于只读操作，一个用于写入。
读锁可以由多个读线程同时持有，写锁是排他的。

- 写锁的时候可以读。
- 读锁的时候不可写。

适合读取线程比写入线程多的场景，改进互斥锁的性能。

- 示例场景：缓存组件、集合的并发线程安全性改造。

锁降级定义

锁降级 指的是写锁降级成为读锁。

- 把持住当前拥有的写锁的同时，再获取到读锁，随后释放写锁的过程。

写锁是线程独占，读锁是共享，所以写->读是升级。(读->写，是不能实现的)

实例

线程安全问题：变量没有满足可见性和原子性。

读锁 -> 共享锁

写锁 -> 独享锁

适用于读多，写少的场景。如果这类场景加锁，就会导致资源利用率低下（读也被加锁了）

适用sync等互斥锁效率低

使用读锁效率高

可以多个线程同时读

Lock锁的详细实现(AQS及Future Task)

读锁可以由多个读线程同时持有，写锁是排他的。

- 写锁的时候可以读。
- 读锁的时候不可写。

使用读写锁防止缓存雪崩

当没有读写锁时，大量请求在没有命中缓存的情况下，全部打到 db 上。

有可能出现数据不一致的情况。

// 缓存示例
public class CacheDataDemo {
    // 创建一个map用于缓存
    private Map<String, Object> map = new HashMap<>();
    private static ReadWriteLock rwl = new ReentrantReadWriteLock();

    public static void main(String[] args) {
        // 1 读取缓存里面的数据
        // cache.query()
        // 2 如果换成没数据,则取数据库里面查询  database.query()
        // 3 查询完成之后,数据塞到塞到缓存里面 cache.put(data)
    }

    public Object get(String id) {
        Object value = null;
        // 首先开启读锁，从缓存中去取
        rwl.readLock().lock();
        try {
            if (map.get(id) == null) {
                // TODO database.query();  全部查询数据库 ,缓存雪崩
                // 必须释放读锁
                rwl.readLock().unlock();
                // 如果缓存中没有释放读锁，上写锁。如果不加锁，所有请求全部去查询数据库，就崩溃了
                rwl.writeLock().lock(); // 所有线程在此处等待  1000  1  999 (在同步代码里面再次检查是否缓存)
                try {
                    // 双重检查，防止已经有线程改变了当前的值，从而出现重复处理的情况
                    if (map.get(id) == null) {
                        // TODO value = ...如果缓存没有，就去数据库里面读取
                    }
                    rwl.readLock().lock(); // 加读锁降级写锁,这样就不会有其他线程能够改这个值，保证了数据一致性
                } finally {
                    rwl.writeLock().unlock(); // 释放写锁@
                }
            }
            
        /* 在这里又进行了一系列操作，在操作过程中，有可能数据改变导致缓存内容改变
           此时，要在写锁中加入读锁，防止类似于 幻读，脏读 等的产生
        */
           
        } finally {
            rwl.readLock().unlock();
        }
        return value;
    }
}
复制代码

缓存雪崩

- 在没有命中缓存的情况下，释放读锁，加写锁。防止多个线程同时读 db，导致雪崩

锁降级写锁 -> 读锁

- 在读锁过程中，可以在释放前加写锁。
- 不会造成死锁！！！

HashMap 的线程安全改造

HashTable 是如何实现线程安全的

如何更高效的改造

实例

手动实现 reentrantLock

wait()/notify() 必须要在同步代码块（monitor object）
所以要使用 pack/unpack

简单版本

/**
 * 自己手动实现的一个 reentrantLock
 *
 */
public class GzyLock  implements Lock {

    //需要 CAS 自旋的方式去实现
    //模仿 monitor obj 的重量级锁 有一个 owner
    private static AtomicReference<Thread> owner = new AtomicReference<>();

    private static LinkedBlockingDeque<Thread> waiters = new LinkedBlockingDeque<>();

    @Override
    public void lock() {
        boolean addQueue = true;
        while (!tryLock()){
            //第一次进来会放到queue
            if(addQueue) {
                //如果没有获取到锁，就先存到 queue
                waiters.offer(Thread.currentThread());
                addQueue = false;
            }else {
                //park 等待被唤醒。这里不能用 wait/notify 因为需要在同步代码块用
                LockSupport.park();
            }
            //唤醒后尝试争抢，没抢到继续等
        }
        //抢到锁，移除掉
        waiters.remove(Thread.currentThread());
    }
    @Override
    public boolean tryLock() {
        //适用当前线程尝试加锁
        return owner.compareAndSet(null, Thread.currentThread());
    }

    @Override
    public void unlock() {
        //unlock 的时候，要唤醒等待线程
        //如果释放锁成功了，才会唤起
        //这里用 if 是因为，一定不会出现 循环
        if (owner.compareAndSet(Thread.currentThread(), null)) {
            //一次唤醒所有在等待队列的
            for (Thread waiter : waiters) {
                //唤起等待队列的线程
                LockSupport.unpark(waiter);
            }
        }
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {

        Adder adder = new Adder();
        for (int j = 0; j < 10; j++) {
            Thread addThread = new Thread(() -> {
                for (int i = 0; i < 1000; i++) {
                    adder.add();
                }
            });
            addThread.start();;
        }
        Thread.sleep(1000L);
        System.out.println(adder.i);
    }

    static class Adder{

        Lock lock = new GzyLock();
        int i = 0;
        public void add(){
            lock.lock();
            try {
                i++;
            }finally {
                lock.unlock();
            }
        }
    }
}
复制代码