• Java并发编程(十一)-- Java中的锁详解


    上一章我们已经简要的介绍了Java中的一些锁,本章我们就详细的来说说这些锁。

    synchronized锁 

    synchronized锁是什么?

    synchronized是Java的一个关键字,它能够将代码块(方法)锁起来

    • 它使用起来是非常简单的,只要在代码块(方法)添加关键字synchronized,即可以实现同步的功能~
     public synchronized void test() {
            ....
     }
    synchronized是一种互斥锁
    • 一次只能允许一个线程进入被锁住的代码块
    • synchronized是一种内置锁/监视器锁
    • Java中每个对象都有一个内置锁(监视器,也可以理解成锁标记),而synchronized就是使用**对象的内置锁(监视器)**来将代码块(方法)锁定的!

    synchronized用处是什么?

    • synchronized保证了线程的原子性。(被保护的代码块是一次被执行的,没有任何线程会同时访问)
    • synchronized还保证了可见性。(当执行完synchronized之后,修改后的变量对其他的线程是可见的)

    Java中的synchronized,通过使用内置锁,来实现对变量的同步操作,进而实现了对变量操作的原子性和其他线程对变量的可见性,从而确保了并发情况下的线程安全。

    synchronized的原理

    我们首先来看一段synchronized修饰方法和代码块的代码:

    public class Main {
        //修饰方法
        public synchronized void test1(){
    
        }
    
        
        public void test2(){
        // 修饰代码块
            synchronized (this){
    
            }
        }
    } 

    同步代码块

    • monitorenter和monitorexit指令实现的

    同步方法(在这看不出来需要看JVM底层实现)

    • 方法修饰符上的ACC_SYNCHRONIZED实现。

    synchronized底层是是通过monitor对象,对象有自己的对象头,存储了很多信息,其中一个信息标示是被哪个线程持有

    synchronized如何使用

    synchronized一般我们用来修饰三种东西:

    • 修饰普通方法
    • 修饰代码块
    • 修饰静态方法

    修饰普通方法:

    用的锁是对象(内置锁)

    public class Test1{
    
        // 修饰普通方法
        public synchronized void test() {      
            // doSomething
        }
    }

    修饰代码块:

    用的锁是对象(内置锁)--->this

    public class Test2 {
        
        public  void test() {
            // 修饰代码块
            synchronized (this){
                // doSomething
            }
        }
    }

    当然了,我们使用synchronized修饰代码块时未必使用this,还可以使用其他的对象(随便一个对象都有一个内置锁)

    修饰静态方法

    获取到的是类锁(类的字节码文件对象)

    public class Test3 {
    
        // 修饰静态方法代码块,静态方法属于类方法,它属于这个类,获取到的锁是属于类的锁(类的字节码文件对象)
        public synchronized void test() {
            // doSomething
        }
    }

    类锁与对象锁

    synchronized修饰静态方法获取的是类锁(类的字节码文件对象),synchronized修饰普通方法或代码块获取的是对象锁。

    • 它俩是不冲突的,也就是说:获取了类锁的线程和获取了对象锁的线程是不冲突的
    • public class SynchoronizedDemo {
      
          //synchronized修饰非静态方法
          public synchronized void function() throws InterruptedException {
              for (int i = 0; i <3; i++) {
                  Thread.sleep(1000);
                  System.out.println("function running...");
              }
          }
          //synchronized修饰静态方法
          public static synchronized void staticFunction()
                  throws InterruptedException {
              for (int i = 0; i < 3; i++) {
                  Thread.sleep(1000);
                  System.out.println("Static function running...");
              }
          }
      
          public static void main(String[] args) {
              final SynchoronizedDemo demo = new SynchoronizedDemo();
      
              // 创建线程执行静态方法
              Thread t1 = new Thread(() -> {
                  try {
                      staticFunction();
                  } catch (InterruptedException e) {
                      e.printStackTrace();
                  }
              });
      
              // 创建线程执行实例方法
              Thread t2 = new Thread(() -> {
                  try {
                      demo.function();
                  } catch (InterruptedException e) {
                      e.printStackTrace();
                  }
              });
              // 启动
              t1.start();
              t2.start();
          }
      }

    结果证明:类锁和对象锁是不会冲突的

    重入锁

    我们来看下面的代码:

    public class Widget {
    
        // 锁住了
        public synchronized void doSomething() {
            ...
        }
    }
    
    public class LoggingWidget extends Widget {
    
        // 锁住了
        public synchronized void doSomething() {
            System.out.println(toString() + ": calling doSomething");
            super.doSomething();
        }
    }
    1. 当线程A进入到LoggingWidget的doSomething()方法时,此时拿到了LoggingWidget实例对象的锁
    2. 随后在方法上又调用了父类Widget的doSomething()方法,它又是被synchronized修饰
    3. 那现在我们LoggingWidget实例对象的锁还没有释放,进入父类Widget的doSomething()方法还需要一把锁吗?

    不需要的!

    因为锁的持有者是“线程”,而不是“调用”。线程A已经是有了LoggingWidget实例对象的锁了,当再需要的时候可以继续**“开锁”**进去的!

    这就是内置锁的可重入性

    释放锁的时机

    1. 当方法(代码块)执行完毕后会自动释放锁,不需要做任何的操作。
    2. 当一个线程执行的代码出现异常时,其所持有的锁会自动释放
    • 不会由于异常导致出现死锁现象~

    Lock显式锁

    Lock显式锁简介

    Lock显式锁是JDK1.5之后才有的,之前我们都是使用Synchronized锁来使线程安全的~

    Lock显式锁是一个接口,我们来看看:

    随便翻译一下他的顶部注释,看看是干嘛用的:

    简单概括一下:

    • Lock方式来获取锁支持中断、超时不获取、是非阻塞的
    • 提高了语义化,哪里加锁,哪里解锁都得写出来
    • Lock显式锁可以给我们带来很好的灵活性,但同时我们必须手动释放锁
    • 支持Condition条件对象
    • 允许多个读线程同时访问共享资源

    synchronized锁和Lock锁使用哪个

    前面说了,Lock显式锁给我们的程序带来了很多的灵活性,很多特性都是Synchronized锁没有的。那Synchronized锁有没有存在的必要??

    必须是有的!!Lock锁在刚出来的时候很多性能方面都比Synchronized锁要好,但是从JDK1.6开始Synchronized锁就做了各种的优化

    所以,到现在Lock锁和Synchronized锁的性能其实差别不是很大!而Synchronized锁用起来又特别简单。Lock锁还得顾忌到它的特性,要手动释放锁才行(如果忘了释放,这就是一个隐患)

    所以说,我们绝大部分时候还是会使用Synchronized锁,用到了Lock锁提及的特性,带来的灵活性才会考虑使用Lock显式锁~

    总得来说:

    • synchronized好用,简单,性能不差
    • 没有使用到Lock显式锁的特性就不要使用Lock锁了。

    示例

    有一个购买行为事务,需要更新数据库,通常的sql语句是:

    update item set amount = amount - 1 where item_id = 1;

    然而当amount只有1个的时候,同时有两个顾客进入了事务进行购买行为会如何,最后amount=-1,两个顾客都获得了这个商品,这显然不合理,那么该如何解决这一问题呢?

    网上查了一些方法,发现了两个我认为比较不错的方法:乐观锁和悲观锁。

    乐观锁(Optimistic Lock), 顾名思义,就是很乐观,每次去拿数据的时候都认为别人不会修改,所以不会上锁,但是在更新的时候会判断一下在此期间别人有没有去更新这个数据,可以使用版本号等机制。乐观锁适用于多读的应用类型,这样可以提高吞吐量。像数据库如果提供类似于write_condition机制的其实都是提供的乐观锁。

    悲观锁(Pessimistic Lock), 顾名思义,就是很悲观,每次去拿数据的时候都认为别人会修改,所以每次在拿数据的时候都会上锁,这样别人想拿这个数据就会block直到它拿到锁。传统的关系型数据库里边就用到了很多这种锁机制,比如行锁,表锁等,读锁,写锁等,都是在做操作之前先上锁。

    两种锁各有优缺点,不可认为一种好于另一种,像乐观锁适用于写比较少的情况下,即冲突真的很少发生的时候,这样可以省去了锁的开销,加大了系统的整个吞吐量。但如果经常产生冲突,上层应用会不断的进行retry,这样反倒是降低了性能,所以这种情况下用悲观锁就比较合适。

    下面来简单介绍一下他们的执行原理。

    1. 乐观锁

    1) 概念: 在执行修改操作时不判断是否存在冲突,而是到了操作完成后再判断是否存在冲突,如有冲突则回滚

    2) 适用情况: 一般适用于回滚代价低,且冲突较少的情况.

    3) 优点: 执行操作时不会造成阻塞

    4) 缺点: 如果冲突较多,将造成较多的回滚操作

    5) 实现: 一般使用版本控制的方式实现

    6) 实现例子:

    begin;

    select @cur_amount := amount from item where item_id = 1;

    update item set amount = amount - 1 where amount = @cur_amount and item_id = 1;

    commit;

    // 最后根据对数据更新行数是否为1来告诉用户是否购买成功。

    这是使用乐观锁来更新的例子, @cur_amount是本次事务A获得的数量, 例如为 1, 而另外一个事务B假如于事务A之前执行完了跟新操作, 那么此时数据库中的amount将变为0.

    那么事务A的 update 中语句 amount = @cur_amount 将是 0 = 1 而不成立, 所以此次购买会失败

    我这里只是一个简单的例子,实际操作中,可能这个事务中间会进行大量操作,而最后会因为amount != @cur_amount 而回滚

    2. 悲观锁

    1) 概念: 在执行操作前就进行是否需要锁的判断,若有操作正在执行,则需要等待锁释放。

    2) 适用情况: 冲突较多的情况

    3) 优点: 不需要进行回滚

    4) 缺点: 需要串行执行, 会造成阻塞

    5) 实现: 使用排他锁

    6) 实现例子:

    begin;

    select amount from item where item_id = 1 for update;

    // 通过amount来做出一些行为,例如告诉用户库存不足,购买失败,然后只有amount > 1才进入更新库存操作

    update item set amount = amount - 1 where item_id = 1;

    commit;

    由于是串行执行,其他事务的for update必须等该当前事务的for update语句执行,所以我们不必担心我们获得的amount被修改过,因为它永远是最新的

    事实上,对于这种购买行为的最佳解决方案是

    update item set amount = amount - 1 where item_id = 1 and amount > 0;

    由于update操作在repeatable-read中是串行执行的,所以我们大可以不加锁,直接这么一句就解决了,当然这是一种特例。

    参考资料:

    • 《Java核心技术卷一》
    • 《Java并发编程实战》
    • 《Java并发编程的艺术》
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  • 原文地址:https://www.cnblogs.com/JackpotHan/p/9687826.html
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