Java提高——JUC锁01-框架

根据锁得添加到Java时间,Java中的锁可以分为“同步锁”和“JUC包中的锁

同步锁

即通过synchronized关键字来进行同步,实现竞争资源互斥访问的锁。

同步锁的原理:每个对象有且仅有一个同步锁,不同线程能够共同访问该同步锁,但是,同一时点,该同步锁只能被一个线程获取到。这样获取到同步锁的线程就能够进行CPU调度,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够继续运行。这就是多线程通过同步锁进行同步的原理。

JUC包中的锁

JUC包中的锁包括:Lock接口、ReadWriteLock接口、LockSupport阻塞原语、condition条件、AbstractOwnableSynchronizer / AbstractQueuedSynchronizer / AbstractQueuedLongSynchronizer三个抽象类,ReentrantLock独占锁,ReentrantReadWriteLock读写锁。由于CountDownLatch, CyclicBarrier和Semaphore也是通过AQS来是实现的,因此我们将其归纳到锁的框架中进行介绍。

1、Lock接口

JUC中的Lock接口支持那些语义不同(重入、公平等)的锁的规则。所谓语义不同是指锁有“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”是指不同线程获取锁的机制是非公平的,“可重入的锁”是指同一个锁能够被同一个线程多次获取。

2、ReadWriteLock
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。但程序员可以自己创建、使用于非标准要求的实现。
3、AbstractOwnableSynchronizer/AbstractQueuedSynchronizer/AbstractQueuedLongSynchronizer

AbstractQueuedSynchronizer是被称为AQS的类,他是一个非常有用的超类,可以用来定义锁以及依赖于排队阻塞线程的其他其他同步器;ReentrantLock,ReentrantReadWriteLock,CountDownLatch,CyclicBarrier和Semaphore等这些类都是基于AQS实现的。AbstractQueuedLongSynchronizer类提供了相同的功能但是扩展了对同步状态的64位支持。两者都扩展了类AbstractOwnablleSynchronizer(一个帮助记录当前保持独占同步的线程的简单类)

4、LockSupport

LockSupport提供“创建锁”和“其他同步类的基本线程阻塞原语”

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()可能引发的死锁问题。

5、Condition

Condition需要和Lock联合使用,它的作用是代替Object的监视器方法,可以通过await(),signal()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方法的名称和对应的Object中的不同。

6、ReentrantLock

ReentrantLock是独占锁。即同一个时间点只能被同一个线程获取到的锁。ReentrantLock包括“公平的ReentrantLock”和“非公平的ReentrantLock”。“公平的ReentrantLock”是指不同线程获取锁的机制是公平的,“非公平的ReentrantLock”是指不同线程获取锁的机制是非公平的。ReentrantLock是可重入的锁

ReentrantLock的UML图:

1)ReentrantLock实现了Lock接口。

2)ReentrantLock中有一个成员变量sync,sync对象是Sync类型的,Sync是一个抽象类,它继承了AQS

3)ReentrantLock中有“公平锁类FairSync”和“非公平锁类NonFairSync”,他们都是Sync类的子类。ReentrantReadWriteLock中sync对象是FairSync和NonFairSync中的一种,这意味着ReentrantLock是“公平锁”或“非公平锁”中的一种,ReentrantLock默认是非公平锁。     

7、ReentrantReadWriteLock

ReentrantReadWriteLock是读写锁接口ReadWriteLock的实现类,它包括子类ReadLock和WriteLock。ReentrantLock是共享锁,而ReadLock是独占锁。ReentrantReadWriteLock的UML图:


ReentrantReadWriteLock实现了ReadWriteLock接口。

ReentrantReadWriteLock包含了sysn对象,读锁readLock和写锁writeLock。并且读锁readLock和写锁writeLock都实现了Lock接口。

和“ReentrantLock”一样,sync是Sync类型的,而且Sync也是一个继承AQS的抽象类。Sync包括“公平锁FairSync”和“非公平锁NonFairSync”。

8、CountDownLatch

CountDownLatch是一个同步辅助类在完成一组其他线程中执行的操作前,它允许一个或多个线程一直等待

CountDownLatch的UML图:


CountDownLatch包含了sync对象,sync是Sync类型。CountDownLatch的sync是实例类,继承于AQS。

9、CyclicBarrier

CyclicBarrier是一个同步辅助类允许一些线程相互等待,直到到达某个公共屏障点,因为该barrier在释放等待线程后可以会重用,所以称为循环的barrier。

CyclicBarrier的UML图:


CyclicBarrier包含了“ReentrantLock对象lock”和“Condition对象trip”,它通过独占锁实现的。

CyclicBarrier和CountDownLatch的区别:

1)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则允许N个线程相互等待。

2)CountDownLatch的计数器无法被重置;CyclicBarrier的计数器可以被重置后使用,因此他被称为是循环的barrier

10、Semaphore

Semaphore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,线程能够获取该许可;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。

Semaphore的UML图:

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



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