【JUC2022】第二章 多线程锁

news/2024/3/28 19:36:55/文章来源:https://blog.csdn.net/qq_45593575/article/details/127123259

【JUC2022】第二章 多线程锁

文章目录

  • 【JUC2022】第二章 多线程锁
  • 一、乐观锁与悲观锁
    • 1.悲观锁
    • 2.乐观锁
  • 二、八锁案例
    • 1.标准情况,有a、b两个线程,请问先打印邮件还是短信【结果:邮件】
    • 2.sendEmail方法中加入暂停3秒钟,请问先打印邮件还是短信【结果:邮件】
    • 3.添加一个普通的hello方法,替换掉线程b中的sendSMS方法,请问先打印邮件还是hello【结果:hello】
    • 4.有两部手机,请问先打印邮件还是短信【结果:短信】
    • 5.将sendEmail和sendSMS修改为静态同步方法,有1部手机,请问先打印邮件还是短信【结果:邮件】
    • 6.sendEmail和sendSMS为静态同步方法,有2部手机,请问先打印邮件还是短信【结果:邮件】
    • 7.有1个静态同步方法,有1个普通同步方法,有1部手机,请问先打印邮件还是短信【结果:短信】
    • 8.有1个静态同步方法,有1个普通同步方法,有2部手机,请问先打印邮件还是短信【结果:短信】
  • 三、synchronized
    • 1.字节码分析
    • 2.底层原语
  • 四、公平锁和非公平锁
  • 五、可重入锁
  • 六、死锁
    • 1.是什么
    • 2.手写死锁
    • 3.死锁排查命令

一、乐观锁与悲观锁

1.悲观锁

认为自己在使用数据的时候一定有别的线程来修改数据,因此在获取数据的时候会先加锁,确保数据不会被别的线程修改

synchronized关键字和Lock的实现类都是悲观锁

2.乐观锁

认为自己在使用数据时不会有别的线程修改数据或资源,所以不会添加锁

在Java中是通过使用无锁编程来实现的,即在更新数据的时候去判断之前有没有别的线程更新了这个数据

如果这个数据没有被更新,当前线程将自己修改的数据成功写入;
如果这个数据已经被其它线程更新,则根据不同的实现方式执行不同的操作,比如放弃修改、重试抢锁等等

【判断规则】

  1. 版本号机制Version
  2. CAS(Compare And Swap,比较并交换)算法,Java原子类中的递增操作就是通过CAS自旋实现的

乐观锁适合读操作多的场景,不加锁的特点能够使其读操作的性能大幅提升

二、八锁案例

package com.sisyphus.Lock;import java.util.concurrent.TimeUnit;class Phone{    //资源类public static synchronized void sendEmail(){try { TimeUnit.SECONDS.sleep(3); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); }System.out.println("-----sendEmail");}public synchronized void sendSMS(){System.out.println("-----sendSMS");}public void hello(){System.out.println("-----hello");}
}/** 题目:谈谈你对多线程锁的理解,8锁案例说明** 口诀:线程 操作 资源类** 八锁案例说明:* 1 标准情况,有a、b两个线程,请问先打印邮件还是短信【结果:邮件】* 2 sendEmail方法中加入暂停3秒钟,请问先打印邮件还是短信【结果:邮件】* 3 添加一个普通的hello方法,替换掉线程b中的sendSMS方法,请问先打印邮件还是hello【结果:hello】* 4 有两部手机,请问先打印邮件还是短信【结果:短信】* 5 将sendEmail和sendSMS修改为静态同步方法,有1部手机,请问先打印邮件还是短信【结果:邮件】* 6 sendEmail和sendSMS为静态同步方法,有2部手机,请问先打印邮件还是短信【结果:邮件】* 7 有1个静态同步方法,有1个普通同步方法,有1部手机,请问先打印邮件还是短信【结果:短信】* 8 有1个静态同步方法,有1个普通同步方法,有2部手机,请问先打印邮件还是短信【结果:短信】*/
public class Lock8Demo {public static void main(String[] args) {    //一切程序的入口Phone phone = new Phone();Phone phone2 = new Phone();new Thread(() -> {phone.sendEmail();},"a").start();//暂停200ms,确保线程a先启动try { TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(200); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); }new Thread(() -> {//phone.sendSMS();//phone.hello();phone2.sendSMS();},"b").start();}
}

1.标准情况,有a、b两个线程,请问先打印邮件还是短信【结果:邮件】

sendEmail()和sendSMS()方法都被synchronized方法修饰,当synchronized修饰方法时,锁住的是整个对象的所有synchronized方法

a线程先动用了sendEmail()方法,因此a线程先获取了锁,b线程需要等待a线程执行完sendEmail()方法释放锁之后才能获取锁,最后执行sendSMS()方法

2.sendEmail方法中加入暂停3秒钟,请问先打印邮件还是短信【结果:邮件】

一个对象里面如果有多个synchronized方法,某一个时刻内,只要有一个线程去调用其中的一个synchronized方法,那么其它线程都只能等待。换句话说,某一个时刻内,只能有唯一的一个线程去访问这些synchronized方法

因此,当a线程访问sendEmail()获取了对象锁后,即使sendEmail()方法暂停了3秒,b线程也无法获取对象锁,也无法执行sendSMS()方法,只有当a线程的sendEmail()方法执行完成释放对象锁后,b线程才可以获取对象锁

3.添加一个普通的hello方法,替换掉线程b中的sendSMS方法,请问先打印邮件还是hello【结果:hello】

hello()没有被synchronizd修饰,因此访问该方法的线程并不需要参与锁竞争,在a线程执行sendEmail()的暂停期间,b线程访问hello()方法,并打印hello

4.有两部手机,请问先打印邮件还是短信【结果:短信】

有两部手机,即有两把对象锁,a线程获取其中一把,b线程获取另外一把,它们没有任何冲突,在a线程获取其中一把对象锁后执行sendEmalil()方法的暂停期间,b线程访问另一个对象的sendSMS()方法并打印短信

5.将sendEmail和sendSMS修改为静态同步方法,有1部手机,请问先打印邮件还是短信【结果:邮件】

当synchronized修饰静态方法时,锁住的是整个类的所有静态synchronized方法

6.sendEmail和sendSMS为静态同步方法,有2部手机,请问先打印邮件还是短信【结果:邮件】

当synchronized修饰静态方法时,锁住的是整个类的所有静态synchronized方法

7.有1个静态同步方法,有1个普通同步方法,有1部手机,请问先打印邮件还是短信【结果:短信】

一个类的类锁和对象锁并不冲突,当a线程访问sendEmail()获取了类锁(Class对象)后,b线程可以访问sendSMS()并获取对象锁

8.有1个静态同步方法,有1个普通同步方法,有2部手机,请问先打印邮件还是短信【结果:短信】

三、synchronized

1.字节码分析

synchronized 的作用范围

  • 作用于实例方法,当前实例加锁,进入同步代码前要获得当前实例的锁
  • 作用域于代码块,对括号里配置的对象加锁
  • 作用于静态方法,当前类加锁,进入同步代码前要获得当前类对象的锁

字节码文件反汇编

javap -c xxx.class 对代码进行反汇编
javap -v xxx.class 输出附加信息(包括行号、本地变量表、反汇编等信息)

package com.sisyphus.Lock;public class LockSyncDemo {Object object = new Object();public void m1(){synchronized(object){System.out.println("-----hello synchronized code block");}}public static void main(String[] args) {}
}

执行javap -c

Compiled from "LockSyncDemo.java"
public class com.sisyphus.Lock.LockSyncDemo {java.lang.Object object;public com.sisyphus.Lock.LockSyncDemo();Code:0: aload_01: invokespecial #1                  // Method java/lang/Object."<init>":()V4: aload_05: new           #2                  // class java/lang/Object8: dup9: invokespecial #1                  // Method java/lang/Object."<init>":()V12: putfield      #3                  // Field object:Ljava/lang/Object;15: returnpublic void m1();Code:0: aload_01: getfield      #3                  // Field object:Ljava/lang/Object;4: dup5: astore_16: monitorenter						//获得锁7: getstatic     #4                  // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;10: ldc           #5                  // String -----hello synchronized code block12: invokevirtual #6                  // Method java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V15: aload_116: monitorexit						//退出锁17: goto          2520: astore_221: aload_122: monitorexit						//两次退出锁以保证异常情况也能退出锁23: aload_224: athrow25: returnException table:from    to  target type7    17    20   any20    23    20   anypublic static void main(java.lang.String[]);Code:0: return
}
结论:synchronized 通过管程 monitor 实现
管程是一种程序结构,结构内的多个子程序(对象或模块)形成的多个工作线程互斥访问共享资源。
这些共享资源一般是硬件设备或一群变量。对共享变量能够进行的所有操作集中在一个模块中,把信号量及其操作原语“封装”在一个对象内部。
管程实现了在一个时间点,最多只有一个线程在执行管程的某个子程序。管程提供了一种机制,管程可以看作一个软件模块,它是将共享的变量和对于这些共享变量的操作封装起来,形成一个具有一定接口的功能模块,进程可以调用管程来实现进程级别的并发控制

2.底层原语

ObjectMonitor.java→objectMonitor.cpp→objectMonitor.hpp

部分hpp代码

ObjectMonitor() {_header       = NULL;_count        = 0;			//用来记录当前线程获取锁的次数_waiters      = 0,_recursions   = 0;			//锁的重入次数_object       = NULL;_owner        = NULL;		//指向持有 ObjectMonitor 对象的线程_WaitSet      = NULL;		//存放处于 wait 状态的线程队列_WaitSetLock  = 0 ;_Responsible  = NULL ;_succ         = NULL ;_cxq          = NULL ;FreeNext      = NULL ;_EntryList    = NULL ;		//存放处于等待锁 block 状态的线程队列_SpinFreq     = 0 ;_SpinClock    = 0 ;OwnerIsThread = 0 ;_previous_owner_tid = 0;}

四、公平锁和非公平锁

package com.sisyphus.Lock;import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;class Ticket{private int number = 50;ReentrantLock lock = new ReentrantLock(true);	//true表示公平锁,false表示非公平锁,默认非公平public void sale(){lock.lock();try{if (number > 0){number--;System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "卖出,还剩下:" + number);}}finally {lock.unlock();}}
}public class SaleTicketDemo {public static void main(String[] args) {Ticket ticket = new Ticket();new Thread(() -> {for (int i = 0; i < 55; i++) ticket.sale();},"a").start();new Thread(() -> {for (int i = 0; i < 55; i++) ticket.sale();},"b").start();new Thread(() -> {for (int i = 0; i < 55; i++) ticket.sale();},"c").start();}
}

公平锁
多个线程按照申请锁的顺序来获取锁,这里类似排队买票,先来的人先买,后来的人在队尾排队

非公平锁
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先获取锁,导致某个线程饥饿

为什么默认非公平锁

  1. 恢复挂起的线程是需要消耗时间的,从开发人员来看这个时间微乎其微,但是从 CPU 的角度看,这个时间差还是非常明显的,所以非公平锁能更充分地利用 CPU 的时间片
  2. 使用多线程必须要考虑线程切换的开销,非公平锁可以减少线程切换

五、可重入锁

可重入锁又名递归锁,是指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,不会因为外层获取的锁没释放而阻塞

synchronized 可重入原理
每个锁对象都拥有一个锁计数器和一个指向持有该锁的线程的指针。当执行 monitorenter 时,如果目标锁对象的计数器为零,那么说明它没有被其他线程所持有,Java 虚拟机会将该锁对象的持有线程设置为当前线程,并且将其计数器加 1。在目标锁对象的计数器不为零的情况下,如果锁对象的持有线程是当前线程,那么 Java 虚拟机可以将其计数器加 1,否则需要等待,直至持有线程释放该锁。当执行 monitorexit 时,Java 虚拟机则需要将锁对象的计数器减 1。计数器为零,代表锁已释放。

六、死锁

1.是什么

死锁是指两个或两个以上的线程在执行过程中,因争夺资源而造成的一种互相等待的现象,若无外力干涉,那它们都将无法推进下去,如果系统资源充足,进程的资源请求都能够得到满足,死锁出现的可能性就很低,否则就会因争夺有限的资源而陷入死锁

2.手写死锁

package com.sisyphus.Lock;import java.sql.Time;
import java.util.concurrent.TimeUnit;public class DeadLock {//创建两个对象static Object a = new Object();static Object b = new Object();public static void main(String[] args) {new Thread(()->{synchronized (a){System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 持有锁 a,试图获得锁 b");try{TimeUnit.SECONDS.sleep(1);//睡眠 1 s}catch (InterruptedException e){e.printStackTrace();}synchronized (b){System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "获得锁 b");    //死锁的情况无法获取}}},"AA").start();new Thread(()->{synchronized (b){System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 持有锁 b,试图获得锁 b");try{TimeUnit.SECONDS.sleep(1);//睡眠 1 s}catch (InterruptedException e){e.printStackTrace();}synchronized (a){System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "获得锁 a");    //死锁的情况无法获取}}},"BB").start();}
}

3.死锁排查命令

原生命令
jps -l,找到 java 程序
在这里插入图片描述

jstack [进程号],查看死锁信息
在这里插入图片描述
图形化界面
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

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