承接上文

https://www.cnblogs.com/wkfvawl/p/15489569.html

一、多把锁

• 小故事
• 一间大屋子有两个功能：睡觉、学习，互不相干。
• 现在小南要学习，小女要睡觉，但如果只用一间屋子（一个对象锁）的话，那么并发度很低。小南获得锁之后, 学完习之后, 小女才能进来睡觉。

@Slf4j(topic = "c.BigRoom")
public class BigRoomTest {
    public static void main(String[] args) {
        BigRoom bigRoom = new BigRoom();
        new Thread(() -> bigRoom.sleep(), "小南").start();
        new Thread(() -> bigRoom.study(), "小女").start();
    }
}

@Slf4j(topic = "c.BigRoom")
class BigRoom {
    public void sleep() {
        synchronized (this) {
            log.debug("sleeping 2 小时");
            Sleeper.sleep(2);
        }
    }

    public void study() {
        synchronized (this) {
            log.debug("study 1 小时");
            Sleeper.sleep(1);
        }
    }
}

改进方法是准备多个房间（多个对象锁）

小南, 小女获取不同的锁即可

@Slf4j(topic = "c.BigRoom")
class BigRoom {

    private final Object studyRoom = new Object();

    private final Object bedRoom = new Object();

    public void sleep() {
        synchronized (bedRoom) {
            log.debug("sleeping 2 小时");
            Sleeper.sleep(2);
        }
    }

    public void study() {
        synchronized (studyRoom) {
            log.debug("study 1 小时");
            Sleeper.sleep(1);
        }
    }

}

将锁的粒度细分

• 好处，是可以增强并发度
• 坏处，如果一个线程需要同时获得多把锁，就容易发生死锁

二、 活跃性

    因为某种原因，使得代码一直无法执行完毕，这样的现象叫做 活跃性
    活跃性相关的一系列问题都可以用 ReentrantLock 进行解决。

2.1、死锁 (重点)

    有这样的情况：一个线程需要 同时获取多把锁，这时就容易发生死锁

如：线程1获取A对象锁, 线程2获取B对象锁; 此时线程1又想获取B对象锁, 线程2又想获取A对象锁; 它们都等着对象释放锁, 此时就称为死锁

public static void main(String[] args) {
    final Object A = new Object();
    final Object B = new Object();
    
    new Thread(()->{
        synchronized (A) {
            try {
                Thread.sleep(2000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            synchronized (B) {

            }
        }
    }).start();

    new Thread(()->{
        synchronized (B) {
            try {
                Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            synchronized (A) {

            }
        }
    }).start();
}

发生死锁的必要条件 (重点)   

互斥条件

在一段时间内，一种资源只能被一个进程所使用

请求和保持条件

进程已经拥有了至少一种资源，同时又去申请其他资源。因为其他资源被别的进程所使用，该进程进入阻塞状态，并且不释放自己已有的资源

不可抢占条件

进程对已获得的资源在未使用完成前不能被强占，只能在进程使用完后自己释放

循环等待条件

发生死锁时，必然存在一个进程——资源的循环链。

定位死锁的方法

方式一、JPS + JStack 进程ID

•  jps先找到JVM进程

• jstack 进程ID

 在Java控制台中的Terminal中输入 jps 指令可以查看正在运行中的进程ID，使用 jstack 进程ID 可以查看进程状态。

方式二、 jconsole检测死锁

打开jconsole，连接到死锁程序的线程

死锁举例 - 哲学家就餐问题 (重点)

有五位哲学家，围坐在圆桌旁。

    他们只做两件事，思考和吃饭，思考一会吃口饭，吃完饭后接着思考。
    吃饭时要用两根筷子吃，桌上共有 5 根筷子，每位哲学家左右手边各有一根筷子。
    如果筷子被身边的人拿着，自己就得等待

当每个哲学家即线程持有一根筷子时，他们都在等待另一个线程释放锁，因此造成了死锁。

public class TestDeadLock {
    public static void main(String[] args) {
        Chopstick c1 = new Chopstick("1");
        Chopstick c2 = new Chopstick("2");
        Chopstick c3 = new Chopstick("3");
        Chopstick c4 = new Chopstick("4");
        Chopstick c5 = new Chopstick("5");
        new Philosopher("苏格拉底", c1, c2).start();
        new Philosopher("柏拉图", c2, c3).start();
        new Philosopher("亚里士多德", c3, c4).start();
        new Philosopher("赫拉克利特", c4, c5).start();
        new Philosopher("阿基米德", c5, c1).start();
    }
}

@Slf4j(topic = "c.Philosopher")
class Philosopher extends Thread {
    Chopstick left;
    Chopstick right;

    public Philosopher(String name, Chopstick left, Chopstick right) {
        super(name);
        this.left = left;
        this.right = right;
    }

    @Override
    public void run() {
        while (true) {
            //　尝试获得左手筷子
            synchronized (left) {
                // 尝试获得右手筷子
                synchronized (right) {
                    eat();
                }
            }
        }
    }

    Random random = new Random();
    private void eat() {
        log.debug("eating...");
        Sleeper.sleep(0.5);
    }
}

class Chopstick {
    String name;
    public Chopstick(String name) {
        this.name = name;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "筷子{" + name + '}';
    }
}

通过jps, jstack 进程id查看死锁原因
Found one Java-level deadlock: 发现了一个Java级别的死锁

Found one Java-level deadlock:
=============================
"阿基米德":
  waiting to lock monitor 0x000000001fd941a8 (object 0x000000076b735028, a cn.itcast.n4.deadlock.v1.Chopstick),
  which is held by "苏格拉底"
"苏格拉底":
  waiting to lock monitor 0x000000001ccd33c8 (object 0x000000076b735068, a cn.itcast.n4.deadlock.v1.Chopstick),
  which is held by "柏拉图"
"柏拉图":
  waiting to lock monitor 0x000000001ccd3318 (object 0x000000076b7350a8, a cn.itcast.n4.deadlock.v1.Chopstick),
  which is held by "亚里士多德"
"亚里士多德":
  waiting to lock monitor 0x000000001ccd0a88 (object 0x000000076b7350e8, a cn.itcast.n4.deadlock.v1.Chopstick),
  which is held by "赫拉克利特"
"赫拉克利特":
  waiting to lock monitor 0x000000001ccd0b38 (object 0x000000076b735128, a cn.itcast.n4.deadlock.v1.Chopstick),
  which is held by "阿基米德"

Java stack information for the threads listed above:
===================================================
"阿基米德":
        at cn.itcast.n4.deadlock.v1.Philosopher.run(TestDeadLock.java:41)
        - waiting to lock <0x000000076b735028> (a cn.itcast.n4.deadlock.v1.Chopstick)
        - locked <0x000000076b735128> (a cn.itcast.n4.deadlock.v1.Chopstick)
"苏格拉底":
        at cn.itcast.n4.deadlock.v1.Philosopher.run(TestDeadLock.java:41)
        - waiting to lock <0x000000076b735068> (a cn.itcast.n4.deadlock.v1.Chopstick)
        - locked <0x000000076b735028> (a cn.itcast.n4.deadlock.v1.Chopstick)
"柏拉图":
        at cn.itcast.n4.deadlock.v1.Philosopher.run(TestDeadLock.java:41)
        - waiting to lock <0x000000076b7350a8> (a cn.itcast.n4.deadlock.v1.Chopstick)
        - locked <0x000000076b735068> (a cn.itcast.n4.deadlock.v1.Chopstick)
"亚里士多德":
        at cn.itcast.n4.deadlock.v1.Philosopher.run(TestDeadLock.java:41)
        - waiting to lock <0x000000076b7350e8> (a cn.itcast.n4.deadlock.v1.Chopstick)
        - locked <0x000000076b7350a8> (a cn.itcast.n4.deadlock.v1.Chopstick)
"赫???克利特":
        at cn.itcast.n4.deadlock.v1.Philosopher.run(TestDeadLock.java:41)
        - waiting to lock <0x000000076b735128> (a cn.itcast.n4.deadlock.v1.Chopstick)
        - locked <0x000000076b7350e8> (a cn.itcast.n4.deadlock.v1.Chopstick)

Found 1 deadlock.

避免死锁的方法

• 在线程使用锁对象时, 采用固定加锁的顺序, 可以使用Hash值的大小来确定加锁的先后
• 尽可能缩减加锁的范围, 等到操作共享变量的时候才加锁
• 使用可释放的定时锁 (一段时间申请不到锁的权限了, 直接释放掉)

 

2.2 活锁

活锁出现在两个线程 互相改变对方的结束条件，谁也无法结束。

@Slf4j(topic = "c.TestLiveLock")
public class TestLiveLock {
    static volatile int count = 10;
    static final Object lock = new Object();

    public static void main(String[] args) {
        new Thread(() -> {
            // 期望减到 0 退出循环
            while (count > 0) {
                sleep(0.2);
                count--;
                log.debug("count: {}", count);
            }
        }, "t1").start();
        new Thread(() -> {
            // 期望超过 20 退出循环
            while (count < 20) {
                sleep(0.2);
                count++;
                log.debug("count: {}", count);
            }
        }, "t2").start();
    }
}

避免活锁的方法

在线程执行时，中途给予 不同的间隔时间, 让某个线程先结束即可。

死锁与活锁的区别        

• 死锁是因为线程互相持有对象想要的锁，并且都不释放，最后到时线程阻塞，停止运行的现象。
• 活锁是因为线程间修改了对方的结束条件，而导致代码一直在运行，却一直运行不完的现象。

2.3 饥饿

• 某些线程因为优先级太低，导致一直无法获得资源的现象。
• 在使用顺序加锁时，可能会出现饥饿现象

三、 ReentrantLock (重点)

相对于synchronized，ReentrantLock 所具备的特点
 

支持锁重入
        可重入锁是指同一个线程如果首次获得了这把锁，那么因为它是这把锁的拥有者，因此 有权利再次获取这把锁

可中断
        lock.lockInterruptibly() : 可以被其他线程打断的中断锁

可以设置超时时间
        lock.tryLock(时间) : 尝试获取锁对象, 如果超过了设置的时间, 还没有获取到锁, 此时就退出阻塞队列, 并释放掉自己拥有的锁

可以设置为公平锁
        (先到先得) 默认是非公平, true为公平 new ReentrantLock(true)

支持多个条件变量( 有多个waitset)
        (可避免虚假唤醒) - lock.newCondition()创建条件变量对象; 通过条件变量对象调用 await/signal方法, 等待/唤醒

synchronized是关键字级别的加锁，ReentrantLock则是对象级别的，基本语法如下：

//获取ReentrantLock对象
private ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
//加锁
lock.lock();
try {
    //需要执行的代码
}finally {
    //释放锁
    lock.unlock();
}

3.1、支持锁重入

• 可重入锁是指同一个线程如果首次获得了这把锁，那么因为它是这把锁的拥有者，因此 有权利再次获取这把锁
• 如果是不可重入锁，那么第二次获得锁时，自己也会被锁挡住

@Slf4j(topic = "c.TestReentrant")
public class TestReentrant {
    static ReentrantLock lock = new ReentrantLock();

    public static void main(String[] args) {
        method1();
    }

    public static void method1() {
        lock.lock();
        try {
            log.debug("execute method1");
            method2();
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }

    public static void method2() {
        lock.lock();
        try {
            log.debug("execute method2");
            method3();
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }

    public static void method3() {
        lock.lock();
        try {
            log.debug("execute method3");
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }
}

3.2、可中断

(针对于lockInterruptibly()方法获得的中断锁) 直接退出阻塞队列, 获取锁失败

synchronized 和 reentrantlock.lock() 的锁, 是不可被打断的; 也就是说别的线程已经获得了锁, 我的线程就需要一直等待下去. 不能中断        可被中断的锁, 通过lock.lockInterruptibly()获取的锁对象, 可以通过调用阻塞线程的interrupt()方法

    如果某个线程处于阻塞状态，可以调用其interrupt方法让其停止阻塞，获得锁失败
        处于阻塞状态的线程，被打断了就不用阻塞了，直接停止运行
    可中断的锁, 在一定程度上可以被动的减少死锁的概率, 之所以被动, 是因为我们需要手动调用阻塞线程的interrupt方法;

测试使用lock.lockInterruptibly()可以从阻塞队列中,打断

 private static void test1() {
        ReentrantLock lock = new ReentrantLock();

        Thread t1 = new Thread(() -> {
            log.debug("启动...");
            try {
                lock.lockInterruptibly();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
                log.debug("等锁的过程中被打断");
                return;
            }
            try {
                log.debug("获得了锁");
            } finally {
                lock.unlock();
            }
        }, "t1");

        //主线程上锁
        lock.lock();
        log.debug("获得了锁");
        t1.start();
        try {
            sleep(1);
            t1.interrupt();
            log.debug("执行打断");
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }

3.3、锁超时 (lock.tryLock())

直接退出阻塞队列, 获取锁失败

防止无限制等待, 减少死锁

•  使用 lock.tryLock() 方法会返回获取锁是否成功。如果成功则返回true，反之则返回false。
•  并且tryLock方法可以设置指定等待时间，参数为：tryLock(long timeout, TimeUnit unit) , 其中timeout为最长等待时间，TimeUnit为时间单位

获取锁的过程中, 如果超过等待时间, 或者被打断, 就直接从阻塞队列移除, 此时获取锁就失败了, 不会一直阻塞着 ! (可以用来实现死锁问题)

不设置等待时间, 立即失败

@Slf4j(topic = "c.ReentrantTest")
public class ReentrantTest {

    private static final ReentrantLock lock = new ReentrantLock();

    public static void main(String[] args) {
        Thread t1 = new Thread(() -> {
            log.debug("尝试获得锁");
            // 此时肯定获取失败, 因为主线程已经获得了锁对象
            if (!lock.tryLock()) {
                log.debug("获取立刻失败，返回");
                return;
            }
            try {
                log.debug("获得到锁");
            } finally {
                lock.unlock();
            }
        }, "t1");

        lock.lock();
        log.debug("获得到锁");
        t1.start();
        // 主线程2s之后才释放锁
        sleep(2);
        log.debug("释放了锁");
        lock.unlock();
    }
}

 设置等待时间, 超过等待时间还没有获得锁, 失败, 从阻塞队列移除该线程

@Slf4j(topic = "c.ReentrantTest")
public class ReentrantTest {

    private static final ReentrantLock lock = new ReentrantLock();

    public static void main(String[] args) {
        Thread t1 = new Thread(() -> {
            log.debug("尝试获得锁");
            try {
                // 设置等待时间, 超过等待时间 / 被打断, 都会获取锁失败; 退出阻塞队列
                if (!lock.tryLock(1, TimeUnit.SECONDS)) {
                    log.debug("获取锁超时，返回");
                    return;
                }
            } catch (InterruptedException e) {
                log.debug("被打断了, 获取锁失败, 返回");
                e.printStackTrace();
                return;
            }
            try {
                log.debug("获得到锁");
            } finally {
                lock.unlock();
            }
        }, "t1");

        lock.lock();
        log.debug("获得到锁");
        t1.start();
//        t1.interrupt();
        // 主线程2s之后才释放锁
        sleep(2);
        log.debug("main线程释放了锁");
        lock.unlock();
    }
}

超时的打印

 中断的打印

通过lock.tryLock()来解决, 哲学家就餐问题 (重点)

lock.tryLock(时间) : 尝试获取锁对象, 如果超过了设置的时间, 还没有获取到锁, 此时就退出阻塞队列, 并释放掉自己拥有的锁

@Override
    public void run() {
        while (true) {
            // 获得了left左手边筷子 (针对五个哲学家, 它们刚开始肯定都可获得左筷子)
            if (left.tryLock()) {
                try {
                    // 此时发现它的right筷子被占用了, 使用tryLock(),
                    // 尝试获取失败, 此时它就会将自己左筷子也释放掉
                    // 临界区代码
                    if (right.tryLock()) {//尝试获取右手边筷子, 如果获取失败, 则会释放左边的筷子
                        try {
                            eat();
                        } finally {
                            right.unlock();
                        }
                    }
                } finally {
                    left.unlock();
                }
            }
        }
    }

3.4、公平锁 new ReentrantLock(true)

 ReentrantLock默认是非公平锁, 可以指定为公平锁。

    /**
     * Creates an instance of {@code ReentrantLock} with the
     * given fairness policy.
     *
     * @param fair {@code true} if this lock should use a fair ordering policy
     */
    public ReentrantLock(boolean fair) {
        sync = fair ? new FairSync() : new NonfairSync();
    }

在线程获取锁失败，进入阻塞队列时，先进入的会在锁被释放后先获得锁。这样的获取方式就是公平的。一般不设置ReentrantLock为公平的, 没必要，会降低并发度

Synchronized底层的Monitor锁就是不公平的, 和谁先进入阻塞队列是没有关系的。

//默认是不公平锁，需要在创建时指定为公平锁
ReentrantLock lock = new ReentrantLock(true);

公平锁与非公平锁

公平锁 (new ReentrantLock(true))

• 公平锁, 可以把竞争的线程放在一个先进先出的阻塞队列上
• 只要持有锁的线程执行完了, 唤醒阻塞队列中的下一个线程获取锁即可; 此时先进入阻塞队列的线程先获取到锁

非公平锁 (synchronized, new ReentrantLock())

• 非公平锁, 当阻塞队列中已经有等待的线程A了, 此时后到的线程B, 先去尝试看能否获得到锁对象. 如果获取成功, 此时就不需要进入阻塞队列了. 这样以来后来的线程B就先活的到锁了

所以公平和非公平的区别 : 线程执行同步代码块时, 是否回去尝试获取锁, 如果会尝试获取锁, 那就是非公平的, 如果不会尝试获取锁, 直接进入阻塞队列, 再等待被唤醒, 那就是公平的

如果不进如队列呢? 线程一直尝试获取锁不就行了?       

一直尝试获取锁, 在synchronized轻量级锁升级为重量级锁时, 做的一个优化, 叫做自旋锁, 一般很消耗资源, cpu一直空转, 最后获取锁也失败, 所以不推荐使用。在jdk6对于自旋锁有一个机制, 在重试获得锁指定次数就失败等等

3.5、条件变量

(可避免虚假唤醒) - lock.newCondition()创建条件变量对象; 通过条件变量对象调用await/signal方法, 等待/唤醒

• Synchronized 中也有条件变量，就是Monitor监视器中的 waitSet等待集合，当条件不满足时进入waitSet 等待
• ReentrantLock 的条件变量比 synchronized 强大之处在于,它是 支持多个条件变量。
• 这就好比synchronized 是那些不满足条件的线程都在一间休息室等通知; (此时会造成虚假唤醒), 而 ReentrantLock 支持多间休息室，有专门等烟的休息室、专门等早餐的休息室、唤醒时也是按休息室来唤醒; (可以避免虚假唤醒)

使用要点：

• await 前需要 获得锁
• await 执行后，会释放锁，进入 conditionObject (条件变量)中等待
• await 的线程被唤醒（或打断、或超时）取重新竞争 lock ；竞争 lock 锁成功后，从 await 后继续执行
• signal 方法用来唤醒条件变量(等待室)汇总的某一个等待的线程
• signalAll方法, 唤醒条件变量(休息室)中的所有线程

 ReentrantLock可以设置多个条件变量(多个休息室), 相对于synchronized底层monitor锁中waitSet

@Slf4j(topic = "c.ConditionVariable")
public class ConditionVariable {
    private static boolean hasCigarette = false;
    private static boolean hasTakeout = false;
    private static final ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
    // 等待烟的休息室
    static Condition waitCigaretteSet = lock.newCondition();
    // 等外卖的休息室
    static Condition waitTakeoutSet = lock.newCondition();

    public static void main(String[] args) {

        new Thread(() -> {
            lock.lock();
            try {
                log.debug("有烟没？[{}]", hasCigarette);

                while (!hasCigarette) {
                    log.debug("没烟，先歇会！");
                    try {
                        // 此时小南进入到 等烟的休息室
                        waitCigaretteSet.await();
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
                log.debug("烟来咯, 可以开始干活了");
            } finally {
                lock.unlock();
            }
        }, "小南").start();

        new Thread(() -> {
            lock.lock();
            try {
                log.debug("外卖送到没？[{}]", hasTakeout);
                while (!hasTakeout) {
                    log.debug("没外卖，先歇会！");
                    try {
                        // 此时小女进入到 等外卖的休息室
                        waitTakeoutSet.await();
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
                log.debug("外卖来咯, 可以开始干活了");
            } finally {
                lock.unlock();
            }
        }, "小女").start();

        sleep(1);
        new Thread(() -> {
            lock.lock();
            try {
                log.debug("送外卖的来咯~");
                hasTakeout = true;
                // 唤醒等外卖的小女线程
                waitTakeoutSet.signal();
            } finally {
                lock.unlock();
            }
        }, "送外卖的").start();

        sleep(1);
        new Thread(() -> {
            lock.lock();
            try {
                log.debug("送烟的来咯~");
                hasCigarette = true;
                // 唤醒等烟的小南线程
                waitCigaretteSet.signal();
            } finally {
                lock.unlock();
            }
        }, "送烟的").start();
    }
}

四、同步模式之顺序控制 (案例)

• 假如有两个线程, 线程A打印1, 线程B打印2.
• 要求: 程序先打印2, 再打印1

4.1、Wait/Notify版本实现

里面一些代码细节参见之前的博客，wait/notify的正确使用：https://www.cnblogs.com/wkfvawl/p/15489569.html#scroller-5

@Slf4j(topic = "c.Test25")
public class Test25 {
    //定义锁对象
    static final Object lock = new Object();
    // 表示 t2 是否运行过
    static boolean t2runned = false;

    public static void main(String[] args) {
        Thread t1 = new Thread(() -> {
            synchronized (lock) {
                //使用while循环来解决虚假唤醒
                while (!t2runned) {
                    try {
                        // 进入等待(waitset), 会释放锁
                        lock.wait();
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
                log.debug("1");
            }
        }, "t1");


        Thread t2 = new Thread(() -> {
            synchronized (lock) {
                log.debug("2");
                t2runned = true;
                lock.notify();
            }
        }, "t2");

        t1.start();
        t2.start();
    }
}

4.2、ReentrantLock的await/signal版本实现

@Slf4j(topic = "c.SyncPrintWaitTest")
public class SyncPrintWaitTest {

    public static final ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
    public static Condition condi tion = lock.newCondition();
    // t2线程释放执行过
    public static boolean t2Runned = false;

    public static void main(String[] args) {
        Thread t1 = new Thread(() -> {
            lock.lock();
            try {
                // 临界区
                while (!t2Runned) {
                    try {
                        condition.await();
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
                log.debug("1");
            } finally {
                lock.unlock();
            }
        }, "t1");

        Thread t2 = new Thread(() -> {
            lock.lock();
            try {
                log.debug("2");
                t2Runned = true;
                condition.signal();
            } finally {
                lock.unlock();
            }
        }, "t2");

        t1.start();
        t2.start();
    }
}

4.3、使用LockSupport中的park/unpart

@Slf4j(topic = "c.SyncPrintWaitTest")
public class SyncPrintWaitTest {
    public static void main(String[] args) {
        Thread t1 = new Thread(() -> {
            // 暂停
            LockSupport.park();
            log.debug("1");
        }, "t1");
        t1.start();

        new Thread(() -> {
            log.debug("2");
            // 唤醒t1
            LockSupport.unpark(t1);
        }, "t2").start();
    }
}

五、同步模式之交替输出

需求

• 线程1 输出 a 5次, 线程2 输出 b 5次, 线程3 输出 c 5次。现在要求输出 abcabcabcabcabcab

5.1、wait/notify版本

@Slf4j(topic = "c.Test27")
public class Test27 {
    public static void main(String[] args) {
        // 最开始的等待标记是1 循环次数5次
        WaitNotify wn = new WaitNotify(1, 5);
        new Thread(() -> {
            wn.print("a", 1, 2);
        }).start();
        new Thread(() -> {
            wn.print("b", 2, 3);
        }).start();
        new Thread(() -> {
            wn.print("c", 3, 1);
        }).start();
    }
}

/*
输出内容       等待标记     下一个标记
   a           1             2
   b           2             3
   c           3             1
 */
class WaitNotify {
    // 打印               a           1             2
    public void print(String str, int waitFlag, int nextFlag) {
        for (int i = 0; i < loopNumber; i++) {
            synchronized (this) {
                while(flag != waitFlag) {
                    try {
                        this.wait();
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
                System.out.print(str);
                // 修改等待标记 让下一个线程打印
                flag = nextFlag;
                // 唤醒等待线程
                this.notifyAll();
            }
        }
    }

    // 当前等待标记
    private int flag;
    // 循环次数
    private int loopNumber;

    public WaitNotify(int flag, int loopNumber) {
        this.flag = flag;
        this.loopNumber = loopNumber;
    }
}

5.2、await/signal版本

@Slf4j(topic = "c.TestWaitNotify")
public class TestAwaitSignal {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        AwaitSignal awaitSignal = new AwaitSignal(5);
        Condition a_condition = awaitSignal.newCondition();
        Condition b_condition = awaitSignal.newCondition();
        Condition c_condition = awaitSignal.newCondition();

        new Thread(() -> {
            awaitSignal.print("a", a_condition, b_condition);
        }, "a").start();

        new Thread(() -> {
            awaitSignal.print("b", b_condition, c_condition);
        }, "b").start();

        new Thread(() -> {
            awaitSignal.print("c", c_condition, a_condition);
        }, "c").start();

        Thread.sleep(1000);
        System.out.println("==========开始=========");
        awaitSignal.lock();
        try {
            a_condition.signal();  //首先唤醒a线程
        } finally {
            awaitSignal.unlock();
        }
    }
}

class AwaitSignal extends ReentrantLock {
    private final int loopNumber;

    public AwaitSignal(int loopNumber) {
        this.loopNumber = loopNumber;
    }
    // 参数1 打印内容；参数2 进入那一间休息室；参数3 下一间休息室
    public void print(String str, Condition condition, Condition next) {
        for (int i = 0; i < loopNumber; i++) {
            //加锁 继承自ReentrantLock
            lock();
            try {
                try {
                    //进入休息室等待
                    condition.await();
                    //System.out.print("i:==="+i);
                    System.out.print(str);
                    // 唤醒下一个休息室的线程
                    next.signal();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            } finally {
                //解锁
                unlock();
            }
        }
    }
}

5.3、LockSupport的park/unpark实现

park和unpark没有对象锁的概念了，停止和恢复线程的运行都是以线程自身为单位的，所以实现更为简单。

@Slf4j(topic = "c.TestWaitNotify")
public class TestParkUnpark {
    static Thread a;
    static Thread b;
    static Thread c;

    public static void main(String[] args) {
        ParkUnpark parkUnpark = new ParkUnpark(5);

        a = new Thread(() -> {
            parkUnpark.print("a", b);
        }, "a");

        b = new Thread(() -> {
            parkUnpark.print("b", c);
        }, "b");

        c = new Thread(() -> {
            parkUnpark.print("c", a);
        }, "c");

        a.start();
        b.start();
        c.start();
        //主线程先唤醒a
        LockSupport.unpark(a);

    }
}

class ParkUnpark {
    private final int loopNumber;

    public ParkUnpark(int loopNumber) {
        this.loopNumber = loopNumber;
    }

    public void print(String str, Thread nextThread) {
        for (int i = 0; i < loopNumber; i++) {
            //当前线程先暂停
            LockSupport.park();
            System.out.print(str);
            //唤醒下一个线程
            LockSupport.unpark(nextThread);
        }
    }
}

六、本章小结

本章我们需要重点掌握的是

• 分析多线程访问共享资源时，哪些代码片段属于临界区

• 使用 synchronized 互斥解决临界区的线程安全问题

  • 掌握 synchronized 锁对象语法

  • 掌握 synchronzied 加载成员方法和静态方法语法

  • 掌握 wait/notify 同步方法

• 使用 lock 互斥解决临界区的线程安全问题

  • 掌握 lock 的使用细节：可打断、锁超时、公平锁、条件变量

• 学会分析变量的线程安全性、掌握常见线程安全类的使用

• 了解线程活跃性问题：死锁、活锁、饥饿

• 应用方面

  • 互斥：使用 synchronized 或 Lock 达到共享资源互斥效果

  • 同步：使用 wait/notify 或 Lock 的条件变量来达到线程间通信效果

• 原理方面

  • monitor、synchronized 、wait/notify 原理

  • synchronized 进阶原理

  • park & unpark 原理

• 模式方面

  • 同步模式之保护性暂停

  • 异步模式之生产者消费者

  • 同步模式之顺序控制