Java锁机制了解一下

小鱼儿 2021-09-15 07:42 325阅读 0赞

# 前言 #

回顾前面：

*  [多线程三分钟就可以入个门了！][Link 1]
 *  [Thread源码剖析][Thread]
 *  [多线程基础必要知识点！看了学习多线程事半功倍][Link 2]

> 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：

![162f76943723a1cf_w_1098_h_721_f_png_s_18770][]

**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**。

具体可参考：

*  [https://blog.csdn.net/chenssy/article/details/54883355][https_blog.csdn.net_chenssy_article_details_54883355]
 *  [https://blog.csdn.net/u012465296/article/details/53022317][https_blog.csdn.net_u012465296_article_details_53022317]

## 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**

![162f7694354307a9_w_1118_h_245_f_png_s_13615][]

**使用客户端锁，会将当前的实现与原本的list耦合了**：

![162f76943774df73_w_1085_h_385_f_png_s_12442][]

书上给出的办法是使用**组合**的方式(也就是装饰器模式)

![162f7694355f7fcc_w_1164_h_664_f_png_s_21663][]

### 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**！

![162f7694382ef523_w_988_h_271_f_png_s_5332][]

## 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：

![5X3vQcm.png][]

随便翻译一下他的顶部注释，看看是干嘛用的：

![162f769475d5e980_w_1918_h_3702_f_png_s_295264][]

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。
 *  详情可参考：[https://blog.csdn.net/chenssy/article/details/54883355][https_blog.csdn.net_chenssy_article_details_54883355]

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】][Link 3]
 *  [操作系统第二篇【进程管理】][Link 4]
 *  [操作系统第三篇【线程】][Link 5]
 *  [操作系统第四篇【处理机调度】][Link 6]
 *  [操作系统第五篇【死锁】][Link 7]
 *  [操作系统第六篇【存储器管理】][Link 8]
 *  [操作系统第七篇【设备管理】][Link 9]

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》
 *  [https://blog.csdn.net/panweiwei1994/article/details/78483167][https_blog.csdn.net_panweiwei1994_article_details_78483167]
 *  [http://www.cnblogs.com/dolphin0520/category/602384.html][http_www.cnblogs.com_dolphin0520_category_602384.html]
 *  [https://blog.csdn.net/chenssy/article/category/3145247][https_blog.csdn.net_chenssy_article_category_3145247]
 *  [https://blog.csdn.net/u012465296/article/details/53022317][https_blog.csdn.net_u012465296_article_details_53022317]
 *  [https://www.cnblogs.com/wxd0108/p/5479442.html][https_www.cnblogs.com_wxd0108_p_5479442.html]

> 如果文章有错的地方欢迎指正，大家互相交流。习惯在微信看技术文章，想要获取更多的Java资源的同学，可以**关注微信公众号:Java3y**。为了大家方便，刚新建了一下**qq群：742919422**，大家也可以去交流交流。谢谢支持了！希望能多介绍给其他有需要的朋友

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[Link 2]: https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzI4Njg5MDA5NA==&mid=2247484194&idx=1&sn=ed1241fcba5d3e85b6d900d8667f04f6&chksm=ebd74223dca0cb35fe16a267c88ac9e5159825b27c278fb165a8c50d681e1340b73cfd69ae0d#rd
[162f76943723a1cf_w_1098_h_721_f_png_s_18770]: https://user-gold-cdn.xitu.io/2018/4/24/162f76943723a1cf?w=1098&h=721&f=png&s=18770
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[Link 3]: https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzI4Njg5MDA5NA==&mid=2247484186&idx=2&sn=e272d8e95a5677c75c21b058a064f0f8&chksm=ebd7421bdca0cb0d9d15da009894c8d1b503acbeb601af180ad7408bf2ff191de4995cccf0aa#rd
[Link 4]: https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzI4Njg5MDA5NA==&mid=2247484186&idx=3&sn=cefa7781f34e2244b5eea83b7e242c3e&chksm=ebd7421bdca0cb0de76d3f1705f43cbdd41d0c9eb58cf4b55f32793d4f9f8ae2efbd539c8c30#rd
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[Link 8]: https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzI4Njg5MDA5NA==&mid=2247484186&idx=7&sn=3e027ee134e65c5cfae67218ce69a06a&chksm=ebd7421bdca0cb0d29437cad1483f5f59cf1ea9da57bf64900e52a2cd3d63e8fbaaeef9f2c51#rd
[Link 9]: https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzI4Njg5MDA5NA==&mid=2247484186&idx=8&sn=01562e2dee725260460898e31edd8d29&chksm=ebd7421bdca0cb0d9011b0e63154b0052ede92030537c9be3fcf3a34dac059f79926bdaf98ca#rd
[https_blog.csdn.net_panweiwei1994_article_details_78483167]: https://blog.csdn.net/panweiwei1994/article/details/78483167
[http_www.cnblogs.com_dolphin0520_category_602384.html]: http://www.cnblogs.com/dolphin0520/category/602384.html
[https_blog.csdn.net_chenssy_article_category_3145247]: https://blog.csdn.net/chenssy/article/category/3145247
[https_www.cnblogs.com_wxd0108_p_5479442.html]: https://www.cnblogs.com/wxd0108/p/5479442.html
[https_zhongfucheng.bitcron.com_post_shou-ji_wen-zhang-dao-hang]: https://zhongfucheng.bitcron.com/post/shou-ji/wen-zhang-dao-hang