TA的每日心情 | 擦汗 前天 09:02 |
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签到天数: 1042 天 连续签到: 4 天 [LV.10]测试总司令
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在并发编程中有两个重要的概念:线程和锁,多线程是一把双刃剑,在提升性能的同时也带来了编码的复杂性,对开发者的要求也提升了一个档次。而锁的出现就是为了保障多线程同时操作一组资源时的数据一致性,当我们在给资源加上锁之后,只有拥有此锁的线程才能操作此资源,而其他线程只能排队等待使用此锁。
如何手动模拟一个锁?谈谈你对锁的理解
死锁指的是两个线程同时占有两个资源,同时又在等待对方释放锁资源。如图:
死锁的代码演示如下:
- package lock;
- import java.util.concurrent.TimeUnit;
- public class TestDeadLock {
- public static void main(String[] args) {
- deadLock();
- }
- private static void deadLock() {
- Object lock1 = new Object();
- Object lock2 = new Object();
- //线程1拥有 lock1 试图获取 lock2
- new Thread(() -> {
- synchronized (lock1) {
- System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "获取lock1");
- try{
- TimeUnit.SECONDS.sleep(3);
- System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "等待3秒");
- } catch (InterruptedException e) {
- e.printStackTrace();
- }
- synchronized (lock2) {
- System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "获取lock2");
- }
- }
- }, "AAA").start();
- //线程2拥有lock2
- new Thread(() -> {
- synchronized (lock2) {
- System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "获取lock2");
- try{
- TimeUnit.SECONDS.sleep(3);
- System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "等待3秒");
- } catch (InterruptedException e) {
- e.printStackTrace();
- }
- synchronized (lock1) {
- System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "获取lock1");
- }
- }
- }, "BBB").start();
- }
- }
复制代码 以上程序执行结果如下:
- AAA获取lock1
- BBB获取lock2
- BBB等待3秒
- AAA等待3秒
复制代码
可以看出当我们使用线程一拥有锁 lock1 的同时试图获取 lock2,而线程二在拥有 lock2 的同时试图获取 lock1,这样就会造成彼此都在等待对方释放资源,于是就形成了死锁。 锁是指在并发编程中,当有多个线程同时操作一个资源时,为了保证数据操作的正确性,我们需要让多线程排队一个一个的操作此资源,而这个过程就是给资源加锁和释放锁的过程,就好像去公共厕所一样,必须一个一个排队使用,并且在使用时需要锁门和开门一样。
·什么是乐观锁和悲观锁?它们的应用都有哪些?乐观锁有什么问题?
悲观锁指的是数据对外界的修改采取的保守策略,它认为线程很容易会把数据修改掉,因此在整个被修改的过程中都会采取上锁的状态,直到一个线程使用完,其他线程才可以继续使用。
用synchronized来实现悲观锁源码如下:
- public class LockExample {
- public static void main(String[] args) {
- synchronized (LockExample.class) {
- System.out.println("lock");
- }
- }
- }
复制代码 我们使用反编译工具查到的结果如下:
- Compiled from "LockExample.java"
- public class com.lagou.interview.ext.LockExample {
- public com.lagou.interview.ext.LockExample();
- Code:
- 0: aload_0
- 1: invokespecial #1 // Method java/lang/Object."<init>":()V
- 4: return
- public static void main(java.lang.String[]);
- Code:
- 0: ldc #2 // class com/lagou/interview/ext/LockExample
- 2: dup
- 3: astore_1
- 4: monitorenter // 加锁
- 5: getstatic #3 // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
- 8: ldc #4 // String lock
- 10: invokevirtual #5 // Method java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V
- 13: aload_1
- 14: monitorexit // 释放锁
- 15: goto 23
- 18: astore_2
- 19: aload_1
- 20: monitorexit
- 21: aload_2
- 22: athrow
- 23: return
- Exception table:
- from to target type
- 5 15 18 any
- 18 21 18 any
- }
复制代码 可以看出被 synchronized 修饰的代码块,在执行之前先使用 monitorenter 指令加锁,然后在执行结束之后再使用 monitorexit 指令释放锁资源,在整个执行期间此代码都是锁定的状态,这就是典型悲观锁的实现流程。 乐观锁和悲观锁的概念恰好相反,乐观锁认为一般情况下数据在修改时不会出现冲突,所以在数据访问之前不会加锁,只是在数据提交更改时,才会对数据进行检测。
Java 中的乐观锁大部分都是通过 CAS(Compare And Swap,比较并交换)操作实现的,CAS 是一个多线程同步的原子指令,CAS 操作包含三个重要的信息,即内存位置、预期原值和新值。如果内存位置的值和预期的原值相等的话,那么就可以把该位置的值更新为新值,否则不做任何修改。
CAS 可能会造成 ABA 的问题,ABA 问题指的是,线程拿到了最初的预期原值 A,然而在将要进行 CAS 的时候,被其他线程抢占了执行权,把此值从 A 变成了 B,然后其他线程又把此值从 B 变成了 A,然而此时的 A 值已经并非原来的 A 值了,但最初的线程并不知道这个情况,在它进行 CAS 的时候,只对比了预期原值为 A 就进行了修改,这就造成了 ABA 的问题。
以警匪剧为例,假如某人把装了 100W 现金的箱子放在了家里,几分钟之后要拿它去赎人,然而在趁他不注意的时候,进来了一个小偷,用空箱子换走了装满钱的箱子,当某人进来之后看到箱子还是一模一样的,他会以为这就是原来的箱子,就拿着它去赎人了,这种情况肯定有问题,因为箱子已经是空的了,这就是 ABA 的问题。
ABA 的常见处理方式是添加版本号,每次修改之后更新版本号,拿上面的例子来说,假如每次移动箱子之后,箱子的位置就会发生变化,而这个变化的位置就相当于“版本号”,当某人进来之后发现箱子的位置发生了变化就知道有人动了手脚,就会放弃原有的计划,这样就解决了 ABA 的问题。
JDK 在 1.5 时提供了 AtomicStampedReference 类也可以解决 ABA 的问题,此类维护了一个“版本号” Stamp,每次在比较时不止比较当前值还比较版本号,这样就解决了 ABA 的问题。
相关源码如下:
- public class AtomicStampedReference<V> {
- private static class Pair<T> {
- final T reference;
- final int stamp; // “版本号”
- private Pair(T reference, int stamp) {
- this.reference = reference;
- this.stamp = stamp;
- }
- static <T> Pair<T> of(T reference, int stamp) {
- return new Pair<T>(reference, stamp);
- }
- }
- // 比较并设置
- public boolean compareAndSet(V expectedReference,
- V newReference,
- int expectedStamp, // 原版本号
- int newStamp) { // 新版本号
- Pair<V> current = pair;
- return
- expectedReference == current.reference &&
- expectedStamp == current.stamp &&
- ((newReference == current.reference &&
- newStamp == current.stamp) ||
- casPair(current, Pair.of(newReference, newStamp)));
- }
- //.......省略其他源码
- }
复制代码 可以看出它在修改时会进行原值比较和版本号比较,当比较成功之后会修改值并修改版本号。 小贴士:乐观锁有一个优点,它在提交的时候才进行锁定的,因此不会造成死锁。
·什么是可重入锁?用代码如何实现?它的实现原理是什么?
可重入锁也叫递归锁,指的是同一个线程,如果外层函数拥有此锁之后,内层的函数也可以继续获取该锁。在Java语言中ReentrantLock和synchronized都是可重入锁。
用synchronized来演示一下什么是可重入锁:
- package lock;
- public class TestReentrantLock {
- public static void main(String[] args) {
- reentrantA();
- }
- private static synchronized void reentrantA() {
- System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " thread runs reentrantA()");
- reentrantB();
- }
- private static synchronized void reentrantB() {
- System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " thread runs reentrantB()");
- }
- }
复制代码 程序执行结果如下:
- main thread runs reentrantA()
- main thread runs reentrantB()
复制代码 从结果可以看出 reentrantA 方法和 reentrantB 方法的执行线程都是“main” ,我们调用了 reentrantA 方法,它的方法中嵌套了 reentrantB,如果 synchronized 是不可重入的话,那么线程会被一直堵塞。 可重入锁的实现原理,是在锁内部存储了一个线程标识,用于判断当前的锁属于哪个线程,并且锁的内部维护了一个计数器,当锁空闲时此计数器的值为 0,当被线程占用和重入时分别加 1,当锁被释放时计数器减 1,直到减到 0 时表示此锁为空闲状态。
·什么是共享锁和独占锁?
只能被单线程持有的锁叫独占锁,可以被多线程持有的锁叫共享锁。
独占锁指的是在任何时候最多只能有一个线程持有该锁,比如synchronized就是独占锁,而ReadWriteLock读写锁允许同一时间内有多个线程进行操作,它就属于共享锁。
独占锁可以理解为悲观锁,当每次访问资源时都要加上互斥锁,而共享锁可以理解为乐观锁,它放宽了加锁的条件,允许多线程同时访问该资源。
共享锁,又称为读锁,获得共享锁之后,可以查看但无法修改和删除数据。排他锁,又称为写锁、独占锁。获准排他锁后,既能读数据,又能修改数据。
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