概述
根据锁的添加到Java中的时间,Java中的锁,可以分为“同步锁”和“JUC包中的锁”。
同步锁
实现方式
即通过synchronized关键字来进行同步,实现对竞争资源的互斥访问的锁。Java 1.0版本中就已经支持同步锁了。
原理
同步锁的原理是,对于每一个对象,有且仅有一个同步锁;不同的线程能共同访问该同步锁。但是,在同一个时间点,该同步锁能且只能被一个线程获取到。这样,获取到同步锁的线程就能进行CPU调度,从而在CPU上执行;而没有获取到同步锁的线程,必须进行等待,直到获取到同步锁之后才能继续运行。这就是,多线程通过同步锁进行同步的原理!
JUC包中的锁
实现方式
相比同步锁,JUC包中的锁的功能更加强大,它为锁提供了一个框架,该框架允许更灵活地使用锁,只是它的用法更难罢了。
内容
JUC包中的锁,包括:
接口
Lock接口,ReadWriteLock接口,Condition条件接口
抽象类
AbstractOwnableSynchronizer/AbstractQueuedSynchronizer/AbstractQueuedLongSynchronizer三个抽象类
普通类
ReentrantLock独占锁(可重入同步锁),ReentrantReadWriteLock读写锁,LockSupport阻塞原语。
由于java.util.concurrent包下的三组信号量工具类CountDownLatch,CyclicBarrier和Semaphore也是通过AQS来实现的;因此,我也将它们归纳到锁的框架中进行介绍。
锁框架
TML
JUC包下锁详述
用到的接口、抽象类和普通类
Lock接口
JUC包中的 Lock 接口支持那些语义不同(重入、公平等)的锁规则。所谓语义不同,是指锁可是有“公平机制的锁”、”非公平机制的锁”、”可重入的锁”等等。
- “公平机制”是指”不同线程获取锁的机制是公平的”,而”非公平机制”则是指”不同线程获取锁的机制是非公平的”,这里的公平指的是如果公平,那么等待锁的多个线程将会按照申请锁的时间顺序来依次获得锁
- “可重入的锁”是指同一个锁能够被一个线程多次获取。
ReadWriteLock接口
ReadWriteLock 接口以和Lock类似的方式定义了一些读取者可以共享而写入者独占的锁。JUC包只有一个类实现了该接口,即 ReentrantReadWriteLock,因为它适用于大部分的标准用法上下文。但程序员可以创建自己的、适用于非标准要求的实现。
Condition接口
Condition需要和Lock联合使用,它的作用是代替Object监视器方法,可以通过await(),signal()来休眠/唤醒线程。Condition 接口描述了可能会与锁有关联的条件变量。这些变量在用法上与使用 Object.wait 访问的隐式监视器类似,但提供了更强大的功能。需要特别指出的是,单个 Lock 可能与多个 Condition 对象关联。为了避免兼容性问题,Condition 方法的名称与对应的 Object 版本中的不同。
AQS抽象类
AbstractQueuedSynchronizer就是被称之为AQS的类,它是一个非常有用的超类,可用来定义锁以及依赖于排队阻塞线程的其他同步器;
ReentrantLock,ReentrantReadWriteLock,CountDownLatch,CyclicBarrier和Semaphore等这些类都是基于AQS类实现的。AbstractQueuedLongSynchronizer 类提供相同的功能但扩展了对同步状态的 64 位的支持。两者都扩展了类 AbstractOwnableSynchronizer(一个帮助记录当前保持独占同步的线程的简单类)。
LockSupport类
LockSupport的功能和”Thread中的Thread.suspend()和Thread.resume()有点类似”,LockSupport中的park() 和 unpark() 的作用分别是阻塞线程和解除阻塞线程。但是park()和unpark()不会遇到“Thread.suspend 和 Thread.resume所可能引发的死锁”问题。
具体的实现类
ReentrantLock类
ReentrantLock是独占锁。所谓独占锁,是指只能被独自占领,即同一个时间点只能被一个线程锁获取到的锁(互斥同步语义)。ReentrantLock锁包括”公平的ReentrantLock”和”非公平的ReentrantLock”(公平非公平语义)。”公平的ReentrantLock”是指”不同线程获取锁的机制是公平的”,而”非公平的 ReentrantLock”则是指”不同线程获取锁的机制是非公平的”,ReentrantLock是”可重入的锁”(可重入语义)。
- ReentrantLock实现了Lock接口。
- ReentrantLock中有一个成员变量sync,sync是Sync类型;Sync是一个抽象类,而且它继承于AQS。
- ReentrantLock中有”公平锁类”FairSync和”非公平锁类”NonfairSync,它们都是Sync的子类。ReentrantReadWriteLock中sync对象,是FairSync与NonfairSync中的一种,这也意味着ReentrantLock是”公平锁”或”非公平锁”中的一种,ReentrantLock默认是非公平锁。
ReentrantReadWriteLock类
ReentrantReadWriteLock是读写锁接口ReadWriteLock的实现类,它包括子类ReadLock和WriteLock。ReadLock是共享锁,而WriteLock是独占锁。
- ReentrantReadWriteLock实现了ReadWriteLock接口。
- ReentrantReadWriteLock中包含sync对象,读锁readerLock和写锁writerLock。读锁ReadLock和写锁WriteLock都实现了Lock接口。
- 和”ReentrantLock”一样,sync是Sync类型;而且,Sync也是一个继承于AQS的抽象类。Sync也包括”公平锁”FairSync和”非公平锁”NonfairSync。
辅助工具类
CountDownLatch类
CountDownLatch是一个同步辅助类,在完成一组正在其他线程中执行的操作之前,它允许一个或多个线程一直等待。CountDownLatch的UML类图如下:
CyclicBarrier类
CyclicBarrier[ˈsaɪklɪk][ˈbæriə(r)]
是一个同步辅助类,允许一组线程互相等待,直到到达某个公共屏障点 (common barrier point)。因为该 barrier 在释放等待线程后可以重用,所以称它为循环 的 barrier。
CyclicBarrier是包含了“ReentrantLock对象lock”和”Condition对象trip”,它是通过独占锁实现的。
CyclicBarrier和CountDownLatch的区别是:
(01)* CountDownLatch的作用是允许1或N个线程等待其他线程完成执行;而CyclicBarrier则是允许N个线程相互等待。*
(02) CountDownLatch的计数器无法被重置;CyclicBarrier的计数器可以被重置后使用,因此它被称为是循环的barrier。
Semaphore
Semaphore[ˈseməfɔ:(r)]是一个计数信号量,它的本质是一个“共享锁“。信号量维护了一个信号量许可集。线程可以通过调用acquire()来获取信号量的许可;当信号量中有可用的许可时,线程能获取该许可;否则线程必须等待,直到有可用的许可为止。 线程可以通过release()来释放它所持有的信号量许可。
和”ReentrantLock”一样,Semaphore包含了sync对象,sync是Sync类型;而且,Sync也是一个继承于AQS的抽象类。Sync也包括”公平信号量”FairSync和”非公平信号量”NonfairSync。