iv004-java锁

1.公平锁和非公平锁

• 公平锁：是指多个线程按照申请锁的顺序来获取锁，类似排队打饭，先来后到。
• 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，在高并发的情况下，有可能会造成优先级反转或者饥饿现象。

并发包中ReentrantLock的创建可以指定构造函数Boolean类型来得到公平锁或非公平锁，默认是非公平锁。

关于两者的区别：

• 公平锁：公平锁就是很公平，在并发环境中，每个线程在获取锁时会先查看此锁维护的等待队列，如果为空，或者当前线程是等待队列的第一个，就占有锁，否则就会加入到等待队列中，以后会按照FIFO的规则从队列中取到自己。
• 非公平锁：非公平锁比较粗糙，上来就直接尝试占有锁，如果尝试失败，就再采取类似公平锁那种方式。

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。非公平锁的有点在于吞吐量比公平锁大。
对于Synchronized而言，也是一种非公平锁。

2.可重入锁（又名递归锁）

指的是同一线程外层函数获得锁之后，内层递归函数仍然能获取该锁的代码，在同一个线程的外层方法获取锁的时候，在进入内层方法会自动获取锁，也即是说，线程可以进入任何一个它已经拥有的锁所同步着的代码块。
可重入锁最大的作用是避免死锁

• 2.1.synchronized就是一个典型的可重入锁
  示例代码：

class Phone {

    public synchronized void sendSMS() {

        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "	sendSMS()");

        sendEmail();
    }

    public synchronized void sendEmail() {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "	sendEmail()");
    }
}

public class ReentrantLockDemo {

    public static void main(String[] args) {
        Phone phone = new Phone();

        new Thread(() -> {
            phone.sendSMS();
        }, "t1").start();

        new Thread(() -> {
            phone.sendSMS();
        }, "t2").start();
    }
}

运行结果：

t1	sendSMS()   //t1线程在外层方法获取锁的时候
t1	sendEmail()  //t1在进入内存方法会自动获取锁
t2	sendSMS()
t2	sendEmail()

• 2.2ReentrantLock也是典型可重入锁
  示例代码：

class Phone {

    Lock lock = new ReentrantLock();

    public void sendSMS() {
        lock.lock();
        try {

            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "	sendSMS()");

            sendEmail();

        } finally {
            lock.unlock();
        }


    }

    public void sendEmail() {
        lock.lock();
        try {

            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "	sendEmail()");

        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }
}

public class ReentrantLockDemo {

    public static void main(String[] args) {
        Phone phone = new Phone();

        new Thread(() -> {
            phone.sendSMS();
        }, "t1").start();

        new Thread(() -> {
            phone.sendSMS();
        }, "t2").start();
    }
}

运行结果：

t1	sendSMS()     //t1线程在外层方法获取锁的时候
t1	sendEmail()    //t1在进入内存方法会自动获取锁
t2	sendSMS()
t2	sendEmail()

3.自旋锁（spinlock）

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
如AtomicInteger

public final int getAndAddInt(Object var1, long var2, int var4) {
    int var5;
    do {
        var5 = this.getIntVolatile(var1, var2);
    } while(!this.compareAndSwapInt(var1, var2, var5, var5 + var4));

    return var5;
}

手动实现自旋锁：

public class SpinlockDemo {

    private AtomicReference<Thread> atomicReference = new AtomicReference<>();

    public void myLock() {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "	 try get lock");

        while (!atomicReference.compareAndSet(null, Thread.currentThread())) {

        }

        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "	 get lock");
    }

    public void myUnlock() {
        atomicReference.compareAndSet(Thread.currentThread(), null);

        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "	 unlock");
    }

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

        SpinlockDemo spinlockDemo = new SpinlockDemo();

        new Thread(() -> {

            spinlockDemo.myLock();

            try {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(5);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }

            spinlockDemo.myUnlock();

        }, "AA").start();

        TimeUnit.SECONDS.sleep(1);

        new Thread(() -> {

            spinlockDemo.myLock();

            try {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(5);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }

            spinlockDemo.myUnlock();

        }, "BB").start();

        TimeUnit.SECONDS.sleep(1);

        new Thread(() -> {

            spinlockDemo.myLock();

            spinlockDemo.myUnlock();

        }, "CC").start();
    }
}

运行结果：

AA	 try get lock
AA	 get lock
BB	 try get lock
CC	 try get lock
AA	 unlock
CC	 get lock
CC	 unlock
BB	 get lock
BB	 unlock

4.独占锁（写锁），共享锁（读锁），互斥锁

独占锁：指该锁一次只能被一个线程所持有，对ReentrantLock和Synchronized而言都是独占锁。
共享锁：指该锁可被多个线程所持有。
对ReentrantReadWriteLock其读锁是共享锁，其写锁是独占锁。
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。
不加锁出现线程安全问题：

class MyCache {

    private volatile Map<String, Object> map = new HashMap<>();

    public void set(String key, Object value) {

        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "	 正在添加:" + key);
        try {
            TimeUnit.MICROSECONDS.sleep(300);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        map.put(key, value);
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "	 添加完成:" + key);
    }

    public Object get(String key) {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "	 正在读取:" + key);
        try {
            TimeUnit.MICROSECONDS.sleep(300);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        Object result = map.get(key);
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "	 读取完成:" + result);
        return result;
    }
}

public class ReadWriteLockDemo {

    public static void main(String[] args) {
        MyCache myCache = new MyCache();

        //write
        for (int i = 1; i <= 5; i++) {
            final int tmp = i;
            new Thread(() -> {
                myCache.set(tmp + "", tmp + "");
            }, "t" + i).start();
        }


        //read
        for (int i = 1; i <= 5; i++) {
            final int tmp = i;
            new Thread(() -> {
                myCache.get(tmp + "");
            }, "t" + (i + 5)).start();
        }
    }
}

运行结果：

t2	 正在添加:2
t4	 正在添加:4
t3	 正在添加:3
t5	 正在添加:5
t1	 正在添加:1
t6	 正在读取:1
t7	 正在读取:2
t8	 正在读取:3
t9	 正在读取:4
t10	 正在读取:5
t3	 添加完成:3
t7	 读取完成:2
t10	 读取完成:5
t8	 读取完成:null
t2	 添加完成:2
t9	 读取完成:null
t1	 添加完成:1
t6	 读取完成:null
t5	 添加完成:5
t4	 添加完成:4

添加读写锁保证线程安全：

class MyCache {

    private volatile Map<String, Object> map = new HashMap<>();

    private ReentrantReadWriteLock rwLock = new ReentrantReadWriteLock();

    public void set(String key, Object value) {
        rwLock.writeLock().lock();
        try {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "	 正在添加:" + key);

            TimeUnit.MICROSECONDS.sleep(300);

            map.put(key, value);
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "	 添加完成:" + key);
        } catch (InterruptedException e) {

            e.printStackTrace();
        } finally {
            rwLock.writeLock().unlock();
        }

    }

    public Object get(String key) {
        rwLock.readLock().lock();
        Object result = null;
        try {

            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "	 正在读取:" + key);
            result = map.get(key);
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "	 读取完成:" + result);
        } finally {
            rwLock.readLock().unlock();
        }
        return result;
    }
}

public class ReadWriteLockDemo {

    public static void main(String[] args) {
        MyCache myCache = new MyCache();

        //write
        for (int i = 1; i <= 5; i++) {
            final int tmp = i;
            new Thread(() -> {
                myCache.set(tmp + "", tmp + "");
            }, "t" + i).start();
        }


        //read
        for (int i = 1; i <= 5; i++) {
            final int tmp = i;
            new Thread(() -> {
                myCache.get(tmp + "");
            }, "t" + i).start();
        }
    }
}

运行结果：

t2	 正在添加:2
t2	 添加完成:2
t1	 正在添加:1
t1	 添加完成:1
t3	 正在添加:3
t3	 添加完成:3
t5	 正在添加:5
t5	 添加完成:5
t4	 正在添加:4
t4	 添加完成:4
t1	 正在读取:1
t1	 读取完成:1
t2	 正在读取:2
t4	 正在读取:4
t5	 正在读取:5
t5	 读取完成:5
t3	 正在读取:3
t2	 读取完成:2
t3	 读取完成:3
t4	 读取完成:4

从运行结果上看，写锁（独占锁）是互斥的，读锁是共享的，在某些场景下，读写锁（ReentrantReadWriteLock）在保证线程安全的前提下比Synchronized和ReentrantLock(读写操作都上锁)的并发性更高。即也是读写分离的思想。