并发编程之Java锁

1、重入锁

锁做为并发共享数据，保证一致性的工具，在JAVA平台有多种实现(如 synchronized（重量级） 和 ReentrantLock(轻量级)等等 ) 。这些已经写好提供的锁为咱们开发提供了便利。

重入锁，也叫作递归锁，指的是同一线程 外层函数得到锁以后 ，内层递归函数仍然有获取该锁的代码，但不受影响。

在JAVA环境下 ReentrantLock 和synchronized 都是 可重入锁

synchronized：

public class Test implements Runnable {
	public  synchronized void get() {
		System.out.println("name:" + Thread.currentThread().getName() + " get();");
	}

	public synchronized  void set() {
		System.out.println("name:" + Thread.currentThread().getName() + " set();");
		get();
	}

	@Override
	public void run() {
		set();
	}

	public static void main(String[] args) {
		Test ss = new Test();
		new Thread(ss).start();
		new Thread(ss).start();
		new Thread(ss).start();
		new Thread(ss).start();
	}
}

ReentrantLock：

public class Test02 extends Thread {
	ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
	public void get() {
		try{
			lock.lock();
			System.out.println(Thread.currentThread().getId());
		}catch (Exception e){

		}finally {
			lock.unlock();
		}
	}
	public void set() {
		try{
			lock.lock();
			System.out.println(Thread.currentThread().getId());
			get();
		}catch (Exception e){

		}finally {
			lock.unlock();
		}
	}
	@Override
	public void run() {
		set();
	}
	public static void main(String[] args) {
		Test ss = new Test();
		new Thread(ss).start();
		new Thread(ss).start();
		new Thread(ss).start();
	}

}

正常状况下在函数自行完毕后会释放锁，以上两种方式均在已得到锁的函数中从新调用了须要锁的函数，若是没有可重入性，那么调用新的须要锁的函数时，将会形成死锁。可重用锁在递归调用中很是重要。

2、读写锁

程序中涉及到对一些共享资源的读和写操做，且写操做没有读操做那么频繁。在没有写操做的时候，两个线程同时读一个资源没有任何问题，因此应该容许多个线程能在同时读取共享资源。

可是若是有一个线程想去写这些共享资源，就不该该再有其它线程对该资源进行读或写（也就是说：读-读能共存，读-写不能共存，写-写不能共存）。

这就须要一个读/写锁来解决这个问题。Java5在java.util.concurrent包中已经包含了读写锁。

public class Cache {
	static Map<String, Object> map = new HashMap<String, Object>();
	static ReentrantReadWriteLock rwl = new ReentrantReadWriteLock();
	static Lock r = rwl.readLock();
	static Lock w = rwl.writeLock();

	// 获取一个key对应的value
	public static final Object get(String key) {
		
		try {
			r.lock();
			System.out.println("正在作读的操做,key:" + key + " 开始");
			Thread.sleep(100);
			Object object = map.get(key);
			System.out.println("正在作读的操做,key:" + key + " 结束");
			System.out.println();
			return object;
		} catch (InterruptedException e) {

		} finally {
			r.unlock();
		}
		return key;
	}

	// 设置key对应的value，并返回旧有的value
	public static final Object put(String key, Object value) {
		
		try {
			w.lock();
			System.out.println("正在作写的操做,key:" + key + ",value:" + value + "开始.");
			Thread.sleep(100);
			Object object = map.put(key, value);
			System.out.println("正在作写的操做,key:" + key + ",value:" + value + "结束.");
			System.out.println();
			return object;
		} catch (InterruptedException e) {

		} finally {
			w.unlock();
		}
		return value;
	}

	// 清空全部的内容
	public static final void clear() {
		try {
			w.lock();
			map.clear();
		} finally {
			w.unlock();
		}
	}

	public static void main(String[] args) {
		new Thread(new Runnable() {

			@Override
			public void run() {
				for (int i = 0; i < 10; i++) {
					Cache.put(i + "", i + "");
				}

			}
		}).start();
		new Thread(new Runnable() {

			@Override
			public void run() {
				for (int i = 0; i < 10; i++) {
					Cache.get(i + "");
				}

			}
		}).start();
	}
}

3、悲观锁、乐观锁

一、乐观锁

老是认为不会产生并发问题，每次去取数据的时候总认为不会有其余线程对数据进行修改，所以不会上锁，可是在更新时会判断其余线程在这以前有没有对数据进行修改，通常会使用版本号机制或CAS操做实现。

version方式：通常是在数据表中加上一个数据版本号version字段，表示数据被修改的次数，当数据被修改时，version值会加一。当线程A要更新数据值时，在读取数据的同时也会读取version值，在提交更新时，若刚才读取到的version值为当前数据库中的version值相等时才更新，不然重试更新操做，直到更新成功。

核心SQL语句:

update table set x=x+1, version=version+1 where id=#{id} and version=#{version};

CAS操做方式：即compare and swap 或者 compare and set，涉及到三个操做数，数据所在的内存值，预期值，新值。当须要更新时，判断当前内存值与以前取到的值是否相等，若相等，则用新值更新，若失败则重试，通常状况下是一个自旋操做，即不断的重试。

二、悲观锁

老是假设最坏的状况，每次取数据时都认为其余线程会修改，因此都会加锁（读锁、写锁、行锁等），当其余线程想要访问数据时，都须要阻塞挂起。能够依靠数据库实现，如行锁、读锁和写锁等，都是在操做以前加锁，在Java中，synchronized的思想也是悲观锁。

4、原子类

java.util.concurrent.atomic包：原子类的小工具包，支持在单个变量上解除锁的线程安全编程

原子变量类至关于一种泛化的 volatile 变量，可以支持原子的和有条件的读-改-写操做。

AtomicInteger 表示一个int类型的值，并提供了 get 和 set 方法，这些 Volatile 类型的int变量在读取和写入上有着相同的内存语义。它还提供了一个原子的 compareAndSet 方法（若是该方法成功执行，那么将实现与读取/写入一个 volatile 变量相同的内存效果），以及原子的添加、递增和递减等方法。AtomicInteger 表面上很是像一个扩展的 Counter 类，但在发生竞争的状况下能提供更高的可伸缩性，由于它直接利用了硬件对并发的支持。

为何会有原子类 CAS：Compare and Swap，即比较再交换。

jdk5增长了并发包java.util.concurrent.*,其下面的类使用CAS算法实现了区别于synchronouse同步锁的一种乐观锁。相似于mysql中的version字段的乐观锁

若是同一个变量要被多个线程访问，则可使用该包中的类

• AtomicBoolean
• AtomicInteger
• AtomicLong
• AtomicReference

5、CAS无锁模式

CAS：Compare and Swap，即比较再交换。 jdk5增长了并发包java.util.concurrent.*,其下面的类使用CAS算法实现了区别于synchronouse同步锁的一种乐观锁。JDK 5以前Java语言是靠synchronized关键字保证同步的，这是一种独占锁，也是是悲观锁。

一、CAS算法理解

• （1）与锁相比，使用比较交换（下文简称CAS）会使程序看起来更加复杂一些。但因为其非阻塞性，它对死锁问题天生免疫，而且，线程间的相互影响也远远比基于锁的方式要小。更为重要的是，使用无锁的方式彻底没有锁竞争带来的系统开销，也没有线程间频繁调度带来的开销，所以，它要比基于锁的方式拥有更优越的性能。
• （2）无锁的好处： 第一，在高并发的状况下，它比有锁的程序拥有更好的性能； 第二，它天生就是死锁免疫的。
• （3）CAS算法的过程是这样：它包含三个参数CAS(V,E,N): V表示要更新的变量，E表示预期值，N表示新值。仅当V值等于E值时，才会将V的值设为N，若是V值和E值不一样，则说明已经有其余线程作了更新，则当前线程什么都不作。最后，CAS返回当前V的真实值。 （V表示要更新的变量 主线程的值 主内存，E表示预期值 本地内存 工做内存，N表示新值）
• （4）CAS操做是抱着乐观的态度进行的，它老是认为本身能够成功完成操做。当多个线程同时使用CAS操做一个变量时，只有一个会胜出，并成功更新，其他均会失败。失败的线程不会被挂起，仅是被告知失败，而且容许再次尝试，固然也容许失败的线程放弃操做。基于这样的原理，CAS操做即便没有锁，也能够发现其余线程对当前线程的干扰，并进行恰当的处理。
• （5）简单地说，CAS须要你额外给出一个指望值，也就是你认为这个变量如今应该是什么样子的。若是变量不是你想象的那样，那说明它已经被别人修改过了。你就从新读取，再次尝试修改就行了。
• （6）在硬件层面，大部分的现代处理器都已经支持原子化的CAS指令。在JDK 5.0之后，虚拟机即可以使用这个指令来实现并发操做和并发数据结构，而且，这种操做在虚拟机中能够说是无处不在。

二、CAS缺点

CAS存在一个很明显的问题，即ABA问题。

问题：若是变量V初次读取的时候是A，而且在准备赋值的时候检查到它仍然是A，那能说明它的值没有被其余线程修改过了吗？

若是在这段期间曾经被改为B，而后又改回A，那CAS操做就会误认为它历来没有被修改过。针对这种状况，java并发包中提供了一个带有标记的原子引用类AtomicStampedReference，它能够经过控制变量值的版原本保证CAS的正确性。

我的博客 蜗牛