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一、基本概念和使用
可重入锁: 也叫做递归锁,指的是同一线程 外层函数获得锁之后 ,内层递归函数仍然有获取该锁的代码,但不受影响。
在JAVA中ReentrantLock 和synchronized 都是可重入锁;
ReentrantLock 在Java也是一个基础的锁,ReentrantLock 实现Lock接口提供一系列的基础函数,开发人员可以灵活的是应用函数满足各种复杂多变应用场景;
1.Synchronized
Synchronized进过编译,会在同步块的前后分别形成monitorenter和monitorexit这个两个字节码指令。在执行monitorenter指令时,首先要尝试获取对象锁。如果这个对象没被锁定,或者当前线程已经拥有了那个对象锁,把锁的计算器加1,相应的,在执行monitorexit指令时会将锁计算器就减1,当计算器为0时,锁就被释放了。如果获取对象锁失败,那当前线程就要阻塞,直到对象锁被另一个线程释放为止。
如果修饰的是方法,则会在方法前标记ACC_Synchronized ,本质都是获取monitor对象。
ReentrantLock
由于ReentrantLock是java.util.concurrent包下提供的一套互斥锁,相比Synchronized,ReentrantLock类提供了一些高级功能,主要有以下3项:
1.等待可中断,持有锁的线程长期不释放的时候,正在等待的线程可以选择放弃等待,这相当于Synchronized来说可以避免出现死锁的情况。通过lock.lockInterruptibly()来实现这个机制。
2.公平锁,多个线程等待同一个锁时,必须按照申请锁的时间顺序获得锁,Synchronized锁非公平锁,ReentrantLock默认的构造函数是创建的非公平锁,可以通过参数true设为公平锁,但公平锁表现的性能不是很好。
3.锁绑定多个条件,一个ReentrantLock对象可以同时绑定对个对象。ReenTrantLock提供了一个Condition(条件)类,用来实现分组唤醒需要唤醒的线程们,而不是像synchronized要么随机唤醒一个线程要么唤醒全部线程。
ReenTrantLock实现的原理及使用:
简单来说,ReenTrantLock的实现是一种自旋锁,通过循环调用CAS操作来实现加锁。它的性能比较好也是因为避免了使线程进入内核态的阻塞状态。
1.Lock接口:
Java中的ReentrantLock 也是实现了Java中锁的核心接口Lock,在Lock接口定义了标准函数,但是具体实现是在实体类中[类似List和ArrayList、LinkedList关系];
2、ReentrantLock私有public方法
ReentrantLock中除了实现Lock中定义的一些标准函数外,同时提供其他的用于管理锁的public方法
3.ReentrantLock中Condition的使用
ReentrantLock中另一个重要的应用就是Condition,Condition是Lock上的一个条件,可以多次newCondition()获得多个条件,Condition可用于线程间通信,通过Condition能够更加精细的控制多线程的休眠与唤醒,而且在粒度和性能上都优于Object的通信方法(wait、notify 和 notifyAll);
4.公平锁与非公平锁
公平锁: 是指多个线程竞争同一资源时[等待同一个锁时],获取资源的顺序是按照申请锁的先后顺序的;公平锁保障了多线程下各线程获取锁的顺序,先到的线程优先获取锁,有点像早年买火车票一样排队早的人先买到火车票;
基本特点: 线程执行会严格按照顺序执行,等待锁的线程不会饿死,但 整体效率相对比较低;
非公平锁: 是指多个线程竞争同一资源时,获取资源的顺序是不确定的,一般是抢占式的;非公平锁相对公平锁是增加了获取资源的不确定性,但是整体效率得以提升;
基本特点: 整体效率高,线程等待时间片具有不确定性;
5.编程灵活度和难度
Synchronized的使用比较方便简洁,并且由编译器去保证锁的加锁和释放,而ReenTrantLock需要手工声明来加锁和释放锁,为了避免忘记手工释放锁造成死锁,所以最好在finally中声明释放锁。
两者区别
使用方式
Synchronized可以修饰实例方法,静态方法,代码块。自动释放锁。
ReentrantLock一般需要try catch finally语句,在try中获取锁,在finally释放锁。需要手动释放锁。
实现方式
Synchronized是重量级锁。重量级锁需要将线程从内核态和用户态来回切换。如:A线程切换到B线程,A线程需要保存当前现场,B线程切换也需要保存现场。这样做的缺点是耗费系统资源。
ReentrantLock是轻量级锁。采用cas+volatile管理线程,不需要线程切换切换,获取锁线程觉得自己肯定能成功,这是一种乐观的思想(可能失败)。
需要注意的是:这是两种不一样的思维方式,前者是被动阻塞悲观锁,状态是block,后者是主动的阻塞乐观锁,状态是wait。
公平和非公平
Synchronized只有非公平锁。
ReentrantLock提供公平和非公平两种锁,默认是非公平的。公平锁通过构造函数传递true表示。
用一个形象例子来说明:排队打饭,Synchronized允许插队,如果ReentrantLock是公平锁,就不许插队了。
可重入锁
Synchronized和ReentrantLock都是可重入的,Synchronized是本地方法是C++实现,而ReentrantLock是JUC包用Java实现。
用一个形象例子来说明:如下图:一个房中房,房里外各有一把锁,但只有唯一的钥匙可以开,拥有钥匙的人可以先进入门1,再进入门2,其中进入门2就是叫锁可重入了。
在ReentrantLock中,重入次数用整形state表示。进入1次递增1次,出来1次递减1次。
可中断的
Synchronized是不可中断的。
ReentrantLock提供可中断和不可中断两种方式。其中lockInterruptibly方法表示可中断,lock方法表示不可中断。
条件队列
Synchronized只有一个等待队列。
ReentrantLock中一把锁可以对应多个条件队列。通过newCondition表示。
用一个形象例子来说明:母鸡下蛋和捡蛋人对应生产者和消费者,母鸡产蛋后,捡蛋人需要被母鸡通知,母鸡产蛋过程中,其中捡蛋人就会入条件队列(等待队列)。捡蛋人捡蛋完成后,捡蛋人需要通知母鸡继续产蛋,捡蛋人捡蛋过程中,母鸡也需要加入条件队列等待。
注意:有几个概念需要说明下。同步队列,条件队列和等待队列。
同步队列:多线程同时竞争一把锁失败被挂起的线程。
条件队列:正在执行的线程调用await/wait,从同步队列加入的线程会进入条件队列。正在执行线程调用signal/signalAll/notify/notifyAll,会将条件队列一个线程或多个线程加入到同步队列。