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JUC详解 | JUC Lock

作者：weixin_40725706 | 2024-08-10 01:37:52

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juc lock

提示：文章写完后，目录可以自动生成，如何生成可参考右边的帮助文档

JUC详解 | JUC Lock锁的详解

前言

本篇文章将会讲解JUC的重磅武器——锁（Lock）

相比同步锁，JUC包中的Lock锁的功能更加强大，它提供了各种各样的锁（公平锁，非公平锁，共享锁，独占锁……），所以使用起来很灵活。
在这里插入图片描述
翻译过来就是：

锁实现提供了比使用同步方法和语句可以获得的更广泛的锁操作。它们允许更灵活的结构，
可能具有非常不同的属性，并且可能支持多个关联的条件对象。

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Lock是一个接口，这里主要有三个实现：ReentrantLock、ReentrantReadWriteLock.ReadLock、ReentrantReadWriteLock.WriteLock

一、Lock锁的入门

1. ReentrantLock可重入锁

ReentrantLock使用方式参照官方文档：
在这里插入图片描述
使用ReentrantLock改造卖票程序：只需改造sale()方法

class Ticket{

    private Integer number = 20;

    private ReentrantLock lock = new ReentrantLock();

    public void sale(){

        lock.lock();

        if (number <= 0) {
            System.out.println("票已售罄！");
            lock.unlock();
            return;
        }

        try {
            Thread.sleep(200);
            number--;
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "买票成功，当前剩余：" + number);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }
}

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1.1 测试可重入性

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，再进入该线程的内层方法会自动获取锁。Java中ReentrantLock和synchronized都是可重入锁，可重入锁的一个优点是可一定程度避免死锁。

例如下列伪代码：

class A{
	public synchronized void aa(){
		......
        bb();
        ......
	}
	public synchronized void bb(){
		......
	}
}
A a = new A();
a.aa();

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A类中有两个普通同步方法，都需要对象a的锁。如果是不可重入锁的话，aa方法首先获取到锁，aa方法在执行的过程中需要调用bb方法，此时锁被aa方法占有，bb方法无法获取到锁，这样就会导致bb方法无法执行，aa方法也无法执行，出现了死锁情况。可重入锁可避免这种死锁的发生。

class Ticket{

    private Integer number = 20;

    private ReentrantLock lock = new ReentrantLock();

    public void sale(){

        lock.lock();

        if (number <= 0) {
            System.out.println("票已售罄！");
            lock.unlock();
            return;
        }

        try {
            Thread.sleep(200);
            number--;
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "买票成功，当前剩余：" + number);
            // 调用check方法测试锁的可重入性
            this.check();
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }

    /**
     * 为了测试可重入锁，添加检查余票方法
     */
    public void check(){
        lock.lock();
        System.out.println("检查余票。。。。");
        lock.unlock();
    }
}

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可以发现程序可以正常执行。。。说明该锁确实可重入。

AAA买票成功，当前剩余：19
检查余票。。。。
AAA买票成功，当前剩余：18
检查余票。。。。
AAA买票成功，当前剩余：17
检查余票。。。。
AAA买票成功，当前剩余：16
检查余票。。。。
AAA买票成功，当前剩余：15
检查余票。。。。
AAA买票成功，当前剩余：14
检查余票。。。。
AAA买票成功，当前剩余：13
检查余票。。。。
BBB买票成功，当前剩余：12
检查余票。。。。
BBB买票成功，当前剩余：11
检查余票。。。。
BBB买票成功，当前剩余：10
。。。。。。

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1.2. 测试公平

ReentrantLock还可以实现公平锁。所谓公平锁，也就是在锁上等待时间最长的线程优先获得锁的使用权。通俗的理解就是谁排队时间最长谁先执行获取锁。

private ReentrantLock lock = new ReentrantLock(true);

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测试结果：

AAA买票成功，当前剩余：19
检查余票。。。。
BBB买票成功，当前剩余：18
检查余票。。。。
CCC买票成功，当前剩余：17
检查余票。。。。
AAA买票成功，当前剩余：16
检查余票。。。。
BBB买票成功，当前剩余：15
检查余票。。。。
CCC买票成功，当前剩余：14
。。。。。。

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可以看到ABC三个线程是按顺序买票成功的。

1.3 限时等待

这个是什么意思呢？也就是通过我们的tryLock方法来实现，可以选择传入时间参数，表示等待指定的时间，无参则表示立即返回锁申请的结果：true表示获取锁成功，false表示获取锁失败。我们可以将这种方法用来解决死锁问题。
在这里插入图片描述

1.4. ReentrantLock和synchronized区别

（1）synchronized是独占锁，加锁和解锁的过程自动进行，易于操作，但不够灵活。ReentrantLock也是独占锁，加锁和解锁的过程需要手动进行，不易操作，但非常灵活。
（2）synchronized可重入，因为加锁和解锁自动进行，不必担心最后是否释放锁；ReentrantLock也可重入，但加锁和解锁需要手动进行，且次数需一样，否则其他线程无法获得锁。
（3）synchronized不可响应中断，一个线程获取不到锁就一直等着；ReentrantLock可以响应中断。

2. ReentrantReadWriteLock读写锁

在并发场景中用于解决线程安全的问题，我们几乎会高频率的使用到独占式锁，通常使用java提供的关键字synchronized或者concurrents包中实现了Lock接口的ReentrantLock。它们都是独占式获取锁，也就是在同一时刻只有一个线程能够获取锁。而在一些业务场景中，大部分只是读数据，写数据很少，如果仅仅是读数据的话并不会影响数据正确性（出现脏读），而如果在这种业务场景下，依然使用独占锁的话，很显然这将是出现性能瓶颈的地方。针对这种读多写少的情况，java还提供了另外一个实现Lock接口的ReentrantReadWriteLock(读写锁)。读写锁允许同一时刻被多个读线程访问，但是在写线程访问时，所有的读线程和其他的写线程都会被阻塞。

读写锁的特点：

  1. 写写不可并发
  2. 读写不可并发
  3. 读读可以并发

2.1. 重写读写问题

接下来以缓存为例用代码演示读写锁，重现问题：

class MyCache{
    
    private volatile Map<String, String> cache= new HashMap<>();

    public void put(String key, String value){
        try {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 开始写入！");
            Thread.sleep(300);
            cache.put(key, value);
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 写入成功！");
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
        }
    }

    public void get(String key){
        try {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 开始读出！");
            Thread.sleep(300);
            String value = cache.get(key);
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 读出成功！" + value);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
        }
    }
}

public class ReentrantReadWriteLockDemo {

    public static void main(String[] args) {

        MyCache cache = new MyCache();

        for (int i = 1; i <= 5; i++) {
            String num = String.valueOf(i);
            // 开启5个写线程
            new Thread(()->{
                cache.put(num, num);
            }, num).start();
        }
        for (int i = 1; i <= 5; i++) {
            String num = String.valueOf(i);
            // 开启5个读线程
            new Thread(()->{
                cache.get(num);
            }, num).start();
        }
    }
}

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打印结果：多执行几次，有很大概率不会出现问题
在这里插入图片描述

2.2. 读写锁的使用

改造MyCache，加入读写锁：

class MyCache{
    private volatile Map<String, String> cache= new HashMap<>();
    // 加入读写锁
    ReentrantReadWriteLock rwl = new ReentrantReadWriteLock();

    public void put(String key, String value){
        // 加写锁
        rwl.writeLock().lock();
        try {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 开始写入！");
            Thread.sleep(500);
            cache.put(key, value);
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 写入成功！");
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            // 释放写锁
            rwl.writeLock().unlock();
        }
    }

    public void get(String key){
        // 加入读锁
        rwl.readLock().lock();
        try {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 开始读出！");
            Thread.sleep(500);
            String value = cache.get(key);
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 读出成功！" + value);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            // 释放读锁
            rwl.readLock().unlock();
        }
    }
}

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2.3. 锁降级

什么是锁降级，锁降级就是从写锁降级成为读锁。在当前线程拥有写锁的情况下，再次获取到读锁，随后释放写锁的过程就是锁降级。这里可以举个例子：

public void test(){
    rwlock.writeLock().lock();
    System.out.println("获取到写锁。。。。");
    rwlock.readLock().lock();
    System.out.println("获取到读锁----------");
    rwlock.writeLock().unlock();
    System.out.println("释放写锁==============");
    rwlock.readLock().unlock();
    System.out.println("释放读锁++++++++++++++++");
}

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在这里插入图片描述

2.4. 读写锁总结

1.支持公平/非公平策略
在这里插入图片描述
2. 支持可重入

  • 同一读线程在获取了读锁后还可以获取读锁
  • 同一写线程在获取了写锁之后既可以再次获取写锁又可以获取读锁

  1. 支持锁降级，不支持锁升级

  2. 读写锁如果使用不当，很容易产生“饥饿”问题：

    在读线程非常多，写线程很少的情况下，很容易导致写线程“饥饿”，虽然使用“公平”策略可以一定程度上缓解这个问题，但是“公平”策略是以牺牲系统吞吐量为代价的。

  3. Condition条件支持

    写锁可以通过newCondition()方法获取Condition对象。但是读锁是没法获取Condition对象，读锁调用newCondition() 方法会直接抛出UnsupportedOperationException。

总结

以上就是本篇本章对JUC锁的介绍。
在这里插入图片描述

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