公平锁java代码 java实现公平锁
Java锁有哪些种类,以及区别
一、公平锁/非公平锁
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公平锁是指多个线程按照申请锁的顺序来获取锁。
非公平锁是指多个线程获取锁的顺序并不是按照申请锁的顺序,有可能后申请的线程比先申请的线程优先获取锁。有可能,会造成优先级反转或者饥饿现象。
对于Java ReentrantLock而言,通过构造函数指定该锁是否是公平锁,默认是非公平锁。非公平锁的优点在于吞吐量比公平锁大。
对于Synchronized而言,也是一种非公平锁。由于其并不像ReentrantLock是通过AQS的来实现线程调度,所以并没有任何办法使其变成公平锁。
二、可重入锁
可重入锁又名递归锁,是指在同一个线程在外层方法获取锁的时候,在进入内层方法会自动获取锁。说的有点抽象,下面会有一个代码的示例。
对于Java ReentrantLock而言, 他的名字就可以看出是一个可重入锁,其名字是Re entrant Lock重新进入锁。
对于Synchronized而言,也是一个可重入锁。可重入锁的一个好处是可一定程度避免死锁。
synchronized void setA() throws Exception{
Thread.sleep(1000);
setB();
}
synchronized void setB() throws Exception{
Thread.sleep(1000);
}
上面的代码就是一个可重入锁的一个特点,如果不是可重入锁的话,setB可能不会被当前线程执行,可能造成死锁。
三、独享锁/共享锁
独享锁是指该锁一次只能被一个线程所持有。
共享锁是指该锁可被多个线程所持有。
对于Java
ReentrantLock而言,其是独享锁。但是对于Lock的另一个实现类ReadWriteLock,其读锁是共享锁,其写锁是独享锁。
读锁的共享锁可保证并发读是非常高效的,读写,写读 ,写写的过程是互斥的。
独享锁与共享锁也是通过AQS来实现的,通过实现不同的方法,来实现独享或者共享。
对于Synchronized而言,当然是独享锁。
四、互斥锁/读写锁
上面讲的独享锁/共享锁就是一种广义的说法,互斥锁/读写锁就是具体的实现。
互斥锁在Java中的具体实现就是ReentrantLock
读写锁在Java中的具体实现就是ReadWriteLock
五、乐观锁/悲观锁
乐观锁与悲观锁不是指具体的什么类型的锁,而是指看待并发同步的角度。
悲观锁认为对于同一个数据的并发操作,一定是会发生修改的,哪怕没有修改,也会认为修改。因此对于同一个数据的并发操作,悲观锁采取加锁的形式。悲观的认为,不加锁的并发操作一定会出问题。
乐观锁则认为对于同一个数据的并发操作,是不会发生修改的。在更新数据的时候,会采用尝试更新,不断重新的方式更新数据。乐观的认为,不加锁的并发操作是没有事情的。
从上面的描述我们可以看出,悲观锁适合写操作非常多的场景,乐观锁适合读操作非常多的场景,不加锁会带来大量的性能提升。
悲观锁在Java中的使用,就是利用各种锁。
乐观锁在Java中的使用,是无锁编程,常常采用的是CAS算法,典型的例子就是原子类,通过CAS自旋实现原子操作的更新。
六、分段锁
分段锁其实是一种锁的设计,并不是具体的一种锁,对于ConcurrentHashMap而言,其并发的实现就是通过分段锁的形式来实现高效的并发操作。
我们以ConcurrentHashMap来说一下分段锁的含义以及设计思想,ConcurrentHashMap中的分段锁称为Segment,它即类似于HashMap(JDK7与JDK8中HashMap的实现)的结构,即内部拥有一个Entry数组,数组中的每个元素又是一个链表;同时又是一个ReentrantLock(Segment继承了ReentrantLock)。
当需要put元素的时候,并不是对整个hashmap进行加锁,而是先通过hashcode来知道他要放在那一个分段中,然后对这个分段进行加锁,所以当多线程put的时候,只要不是放在一个分段中,就实现了真正的并行的插入。
但是,在统计size的时候,可就是获取hashmap全局信息的时候,就需要获取所有的分段锁才能统计。
分段锁的设计目的是细化锁的粒度,当操作不需要更新整个数组的时候,就仅仅针对数组中的一项进行加锁操作。
七、偏向锁/轻量级锁/重量级锁
这三种锁是指锁的状态,并且是针对Synchronized。在Java
5通过引入锁升级的机制来实现高效Synchronized。这三种锁的状态是通过对象监视器在对象头中的字段来表明的。
偏向锁是指一段同步代码一直被一个线程所访问,那么该线程会自动获取锁。降低获取锁的代价。
轻量级锁是指当锁是偏向锁的时候,被另一个线程所访问,偏向锁就会升级为轻量级锁,其他线程会通过自旋的形式尝试获取锁,不会阻塞,提高性能。
重量级锁是指当锁为轻量级锁的时候,另一个线程虽然是自旋,但自旋不会一直持续下去,当自旋一定次数的时候,还没有获取到锁,就会进入阻塞,该锁膨胀为重量级锁。重量级锁会让其他申请的线程进入阻塞,性能降低。
八、自旋锁
在Java中,自旋锁是指尝试获取锁的线程不会立即阻塞,而是采用循环的方式去尝试获取锁,这样的好处是减少线程上下文切换的消耗,缺点是循环会消耗CPU。
典型的自旋锁实现的例子,可以参考自旋锁的实现
Java中有哪些锁,区别是什么
【1】公平所和非公平所。
公平锁:是指按照申请锁的顺序来获取锁,
非公平所:线程获取锁的顺序不一定按照申请锁的顺序来的。
//默认是不公平锁,传入true为公平锁,否则为非公平锁
ReentrantLock reentrantLock = new ReetrantLock();
1
2
【2】共享锁和独享锁
独享锁:一次只能被一个线程所访问
共享锁:线程可以被多个线程所持有。
ReadWriteLock 读锁是共享锁,写锁是独享锁。
【3】乐观锁和悲观锁。
乐观锁:对于一个数据的操作并发,是不会发生修改的。在更新数据的时候,会尝试采用更新,不断重入的方式,更新数据。
悲观锁:对于同一个数据的并发操作,是一定会发生修改的。因此对于同一个数据的并发操作,悲观锁采用加锁的形式。悲观锁认为,不加锁的操作一定会出问题,
【4】分段锁
1.7及之前的concurrenthashmap。并发操作就是分段锁,其思想就是让锁的粒度变小。
【5】偏向锁是指一段同步代码一直被一个线程所访问,那么该线程会自动获取锁。降低获取锁的代价
轻量级锁
重量级锁
【6】自旋锁
自旋锁
什么是Java中的公平锁
首先Java中的ReentrantLock 默认的lock()方法采用的是非公平锁。
也就是不用考虑其他在排队的线程的感受,lock()的时候直接询问是否可以获取锁,而不用在队尾排队。
下面分析下公平锁的具体实现。
重点关注java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedSynchronizer类
几乎所有locks包下的工具类锁都包含了该类的static子类,足以可见这个类在java并发锁工具类当中的地位。
这个类提供了对操作系统层面线程操作方法的封装调用,可以帮助并发设计者设计出很多优秀的API
ReentrantLock当中的lock()方法,是通过static 内部类sync来进行锁操作
public void lock()
{
sync.lock();
}
//定义成final型的成员变量,在构造方法中进行初始化
private final Sync sync;
//无参数默认非公平锁
public ReentrantLock()
{
sync = new NonfairSync();
}
//根据参数初始化为公平锁或者非公平锁
public ReentrantLock(boolean fair)
{
sync = fair ? new FairSync() : new NonfairSync();
}
java中的非公平锁不怕有的线程一直得不到执行吗
首先来看公平锁和非公平锁,我们默认使用的锁是非公平锁,只有当我们显示设置为公平锁的情况下,才会使用公平锁,下面我们简单看一下公平锁的源码,如果等待队列中没有节点在等待,则占有锁,如果已经存在等待节点,则返回失败,由后面的程序去将此线程加入等待队列
通过上面的代码,我们可以推断,当使用公平锁的情况下,并且同一个线程的执行时间较长时,线程内部进行了多次的锁的获取和释放,效率非常低下,可以参加Lesson8中的demo:
demo Lesson8LockIntPerform:在使用ReentrantLock加非公平锁的情况下100个线程循环下单数为:857239882
demo Lesson8LockIntPerform:在使用ReentrantLock加非公平锁的情况下100个线程循环下单数为:860364303
demo Lesson8LockFairIntPerform:在使用ReentrantLock加公平锁的情况下100个线程循环下单数为:19153640
demo Lesson8LockFairIntPerform:在使用ReentrantLock加公平锁的情况下100个线程循环下单数为:19076567
上面的demo中,在使用公平锁的情况下性能明显降低,非公平锁的性能是公平锁性能的几十倍以上,这和公平锁每次试图占有锁时,都必须先要进等待队列,按照FIFO的顺序去获取锁,因此在我们的实验情景下,使用公平锁的线程进行了频繁切换,而频繁切换线程,性能必然会下降的厉害,这也告诫了我们在实际的开发过程中,在需要使用公平锁的情景下,务必要考虑线程的切换频率。
接下来我们来看一下读写锁,通过看读写锁的实现源码,我们可以发现,读锁和写锁共用同一个等待队列,那么在采用非公平锁的情况下,如果读锁的线程执行时间比较长,并且读锁的并发比较高,那么写锁的线程便永远都拿不到锁,那么实际的情况会不会是这样呢?
demo Lesson3WriteReadLock:此demo的读线程在不断的占用读锁,按照推论,写锁的线程是没有机会获取到锁的,但是实际情况是写锁的线程可以正常的获取到锁,那么是什么原因使得写锁的线程可以获取到锁的了?通过查看源代码,会发现有这样的一个方法:
上面的方法,实现了一个新的读线程获取锁的中断,它会读取等待队列中下一个等待锁的线程,如果它是获取写锁的线程,那么此方法返回为真,调用它的程序会把这个试图获取读锁的线程加入到等待队列,从而终止了读线程一直都在占有锁的情况。
谁用锁使用锁
为什么加锁?
面试中有很多时候会问到,为什么加锁?加锁是起到什么作用?
而实际上在我们的开发过程中会出现并发的情况,比如说两个人几乎同时点击了某一个按钮,这个时候就可以简单的理解成并发,那么到底谁先谁后? 程序中就很可能出现错误,当资源出现共享的时候,就会开始涉及到并发了,这个时候我们就可能会用到锁了,来锁住某一个资源,等我用过之后,你才能动。 这就是为什么使用锁。
锁的分类
公平锁/非公平锁
可重入锁
独享锁/共享锁
互斥锁/读写锁
乐观锁/悲观锁
分段锁
偏向锁/轻量级锁/重量级锁
自旋锁
第一次分享,我们就先说这个公平锁和非公平锁。之后会在后序的文章中继续解析!
何为公平?何为非公平?在我们日常生活中的理解不就是对等的就是公平,不对等的就是不公平? 其实差不多的。
公平锁是指多个线程按照申请锁的顺序来获取锁
非公平锁是指多个线程获取锁的顺序并不是按照申请锁的顺序,有可能后申请的线程比先申请的线程优先获取锁。有可能,会造成优先级反转或者饥饿现象。
在JAVA的代码中什么是公平锁什么又是非公平的锁呢?
一种是使用Java自带的关键字synchronized对相应的类或者方法以及代码块进行加锁,
而另一种是ReentrantLock,前者只能是非公平锁,而后者是默认非公平但可实现公平的一把锁。
上面的类图看起来很不舒服,因为关于ReentrantLock这个锁,确实是没有很好的配图,我们可以自己画出来理解一下
我们先看非公平锁,我画图大家理解一下,就像公共厕所,不要嫌弃恶心,但是绝对容易理解
上面这幅图,加入说图中的管理员是Lock,然后现在A来了,说我要去厕所,这时候管理员一看,厕所没人,那好你进去把,然后A就进去了。
这个时候WC里面是有A的,正在进行式,这时候B来了,B也想去厕所
但是这个时候WC里面是有A的,然后管理员Lock看了一下,里面有人,排队把。。。
然后这B就得憋着,去进入队列去排队,然后又来了个C,这时候A还在里面,C只能也去排队,
就是这个样子的
这时候又过了一小会来了个D,也想去WC,这时候A恰好结束了,
这时候非公平锁就上场了,Lock管理员一看,里面没人,D你进去把,这时候就是这样的。
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