Java锁机制了解一下

前言

回顾前面：

• 多线程三分钟就可以入个门了！
• Thread源码剖析
• 多线程基础必要知识点！看了学习多线程事半功倍

只有光头才能变强！

本文章主要讲的是Java多线程加锁机制，有两种：

• Synchronized
• 显式Lock

不得不唠叨几句：

• 在《Java核心技术卷 一》是先讲比较难的显式Lock，而再讲的是比较简单的Synchronized
• 而《Java并发编程实战》在前4章零散地讲解了Synchronized，将显式Lock放到了13章

其实都比较坑，如果能先系统讲了Synchronized锁机制，接着讲显式Lock锁机制，那就很容易理解了。也不需要跨那么多章节。

那么接下来我们就开始吧~

一、synchronized锁

1.1synchronized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() {
        // 关注公众号Java3y
        // doSomething
    }

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！

1.2synchronized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。

1.3synchronized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){

        }
    }
}

来反编译看一下：

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。

1.4synchronized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

1.4.1修饰普通方法：

用的锁是Java3y对象(内置锁)

public class Java3y {


    // 修饰普通方法，此时用的锁是Java3y对象(内置锁)
    public synchronized void test() {
        // 关注公众号Java3y
        // doSomething
    }

}

1.4.2修饰代码块：

用的锁是Java3y对象(内置锁)—>this

public class Java3y {

    public  void test() {

        // 修饰代码块，此时用的锁是Java3y对象(内置锁)--->this
        synchronized (this){
            // 关注公众号Java3y
            // 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)

所以，我们可以这样干：

public class Java3y {


    // 使用object作为锁(任何对象都有对应的锁标记，object也不例外)
    private Object object = new Object();


    public void test() {

        // 修饰代码块，此时用的锁是自己创建的锁Object
        synchronized (object){
            // 关注公众号Java3y
            // doSomething
        }
    }

}

上面那种方式(随便使用一个对象作为锁)在书上称之为–>客户端锁，这是不建议使用的。

书上想要实现的功能是：给ArrayList添加一个putIfAbsent()，这需要是线程安全的。

假定直接添加synchronized是不可行的

使用客户端锁，会将当前的实现与原本的list耦合了：

书上给出的办法是使用组合的方式(也就是装饰器模式)

1.4.3修饰静态方法

获取到的是类锁(类的字节码文件对象)：Java3y.class

public class Java3y {

    // 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)-->Java3y.class
    public synchronized void test() {

        // 关注公众号Java3y
        // doSomething
    }
}

1.4.4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！

1.5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。

1.6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~

二、Lock显式锁

2.1Lock显式锁简单介绍

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：

可以简单概括一下：

• 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

2.2synchronized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(毕竟亲儿子，牛逼)

• 优化操作：适应自旋锁，锁消除，锁粗化，轻量级锁，偏向锁。

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~

2.3公平锁

公平锁理解起来非常简单：

• 线程将按照它们发出请求的顺序来获取锁

非公平锁就是：

• 线程发出请求的时可以“插队”获取锁

Lock和synchronize都是默认使用非公平锁的。如果不是必要的情况下，不要使用公平锁

• 公平锁会来带一些性能的消耗的

四、最后

本文讲了synchronized内置锁和简单描述了一下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。

Lock锁这里只是介绍了一些些，明天会详解它的相关子类和需要注意的地方，敬请期待~

之前在学习操作系统的时候根据《计算机操作系统-汤小丹》这本书也做了一点点笔记，都是比较浅显的知识点。或许对大家有帮助

• 操作系统第一篇【引论】
• 操作系统第二篇【进程管理】
• 操作系统第三篇【线程】
• 操作系统第四篇【处理机调度】
• 操作系统第五篇【死锁】
• 操作系统第六篇【存储器管理】
• 操作系统第七篇【设备管理】

参考资料：

• 《Java核心技术卷一》
• 《Java并发编程实战》
• 《计算机操作系统-汤小丹》