Java 锁的学习

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     死锁的四个必要条件:
互斥条件(Mutual exclusion):资源不能被共享,只能由一个进程使用。
请求与保持条件(Hold and wait):已经得到资源的进程可以再次申请新的资源。一个进程因请求资源而阻塞时,对已获得的资源保持不放。
非剥夺条件(No pre-emption):已经分配的资源不能从相应的进程中被强制地剥夺。
循环等待条件(Circular wait):系统中若干进程组成环路,该环路中每个进程都在等待相邻进程正占用的资源。

       

       不难看出,在死锁的四个必要条件中,第二、三和四项条件比较容易消除。通过引入事务机制,往往可以消除第二、三两项条件,方法是将所有上锁操作均作为事务对待,一旦开始上锁,即确保全部操作均可回退,同时通过锁管理器检测死锁,并剥夺资源(回退事务)。这种做法有时会造成较大开销,而且也需要对上锁模式进行较多改动。

     消除第四项条件是比较容易且代价较低的办法。具体来说这种方法约定:上锁的顺序必须一致。具体来说,我们人为地给锁指定一种类似“水位”的方向性属性。无论已持有任何锁,该执行绪所有的上锁操作,必须按照一致的先后顺序从低到高(或从高到低)进行,且在一个系统中,只允许使用一种先后次序。

      请注意,放锁的顺序并不会导致死锁。也就是说,尽管按照 锁A, 锁B, 放A, 放B 这样的顺序来进行锁操作看上去有些怪异,但是只要大家都按先A后B的顺序上锁,便不会导致死锁。

       避免死锁的算法,银行家算法,等到有时间的时候,再去研究吧。

       再来说说锁的可重入性:

       每个锁都关联一个请求计数器和一个占有他的线程,当请求计数器为0时,这个锁可以被认为是unhled的,当一个线程请求一个unheld的锁时,JVM记录锁的拥有者,并把锁的请求计数加1,如果同一个线程再次请求这个锁时,请求计数器就会增加,当该线程退出syncronized块时,计数器减1,当计数器为0时,锁被释放。

       基于下面的这些分析,目前总结了一下,关于synchronized和ReentrantLock的区别,如下:

      1.在发生异常的情况下,synchronized的锁,JVM会被回收,ReentrantLock的不会。

      2.在jstack里,如果可以看到synchronized导致线程等待的情况,ReentrantLock的不会。(这点我倒是很少看到有文章会说出来)

      3.ReentrantLock的性能更好一些,但是随着JVM的优化,变的不甚明显。另一个差别是,synchronized永远是公平的,ReentrantLock默认情况下为不公平锁。公平情况下,操作会排一个队按顺序执行,来保证执行顺序。(会消耗更多的时间来排队),不公平情况下,是无序状态允许插队,jvm会自动计算如何处理更快速来调度插队。(如果不关心顺序,这个速度会更快)。

      4.ReentrantLock有更好的可操控性,例如,我们在lock的时候,会trylock()一下,看能不能获得锁,如果获得不了,也可以等待一段时间,lock()了以后,也可以中断而释放锁,这个机制显然就比synchronized更加灵活了。

       可重入的概念是:

       若一个程序或子程序可以“安全的被并行执行(Parallel computing)”,则称其为可重入(reentrant或re-entrant)的。即当该子程序正在运行时,可以再次进入并执行它(并行执行时,个别的执行结果,都符合设计时的预期)。可重入概念是在单线程操作系统的时代提出的。

       锁的可重入性机制可以用来解决下面这个问题:

       

public class Widget {  
    public synchronized void doSomething() {  
        ...  
    }  
}  
  
public class LoggingWidget extends Widget {  
    public synchronized void doSomething() {  
        System.out.println(toString() + ": calling doSomething");  
        super.doSomething();  
    }  
}

           如果没有Java锁的可重入性,当一个线程获取LoggingWidget的doSomething()代码块的锁后,这个线程已经拿到了LoggingWidget的锁,当调用父类中的doSomething()方法的时,JVM会认为这个线程已经获取了LoggingWidget的锁,而不能再次获取,从而无法调用Widget的doSomething()方法,从而照成死锁。从中我们也能看出,java线程是基于“每线程(per-thread)”,而不是基于“每调用的(per-invocation)”的,也就是说java为每个线程分配一个锁,而不是为每次调用分配一个锁。

         可重入锁,当锁定没有被另一个线程所拥有时,调用 lock 的线程将成功获取该锁定并返回。如果当前线程已经拥有该锁定,此方法将立即返回。可以使用 isHeldByCurrentThread() 和 getHoldCount() 方法来检查此情况是否发生。

          对于可重入锁,有一点理解就是要注意:

          线程在等待时(con.await),已经不在拥有(keep)该锁了,所以其他线程就可以获得重入锁了。

          有必要会过头再看看Java官方的解释:“如果该锁定被另一个线程保持,则出于线程调度的目的,禁用当前线程,并且在获得锁定之前,该线程将一直处于休眠状态”。我对这里的“保持”的理解是指非wait状态外的所有状态,比如线程Sleep、for循环等一切有CPU参与的活动。一旦线程进入wait状态后,它就不再keep这个锁了,其他线程就可以获得该锁;当该线程被唤醒(触发信号或者timeout)后,就接着执行,会重新“保持”锁,当然前提依然是其他线程已经不再“保持”了该重入锁。

          对于这一点,我觉得可以理解成,synchronized和ReentrantLock都是具备可重入性的,wait都会释放占有的锁。

          这样一个应用场景就是,对于Java concurrent中关于任务调度的实现时,延迟队列DelayQueue,比如take()。该方法的主要功能是从优先队列(PriorityQueue)取出一个最应该执行的任务(最优值),如果该任务的预订执行时间未到,则需要wait这段时间差。反之,如果时间到了,则返回该任务。而offer()方法是将一个任务添加到该队列中。(这是一个非常有用的功能,有空的时候要写一写这个功能的demo代码)

          后来产生了一个疑问:如果最应该执行的任务是一个小时后执行的,而此时需要提交一个10秒后执行的任务,会出现什么状况?会不会一直等待take()返回后才能提交呢?

          答案是否定的,因为take()和offer()都用到了是可重入锁的机制,它确实是一个无阻塞的锁。中间有一段await()的操作。

          可重入锁的使用场景:

          场景1:如果发现该操作已经在执行中则不再执行(有状态执行)

          a、用在定时任务时,如果任务执行时间可能超过下次计划执行时间,确保该有状态任务只有一个正在执行,忽略重复触发。

          b、用在界面交互时点击执行较长时间请求操作时,防止多次点击导致后台重复执行(忽略重复触发)。

         以上两种情况多用于进行非重要任务防止重复执行,(如:清除无用临时文件,检查某些资源的可用性,数据备份操作等) 

         

private ReentrantLock lock = new ReentrantLock();

if (lock.tryLock()) {  //如果已经被lock,则立即返回false不会等待,达到忽略操作的效果 
 
                    try {
 
                       //操作
 
                    } finally {
                        lock.unlock();
                    }
 
                }

          

         场景2:如果发现该操作已经在执行,等待一个一个执行(同步执行,类似synchronized)

          

        场景3:如果发现该操作已经在执行,则尝试等待一段时间,等待超时则不执行(尝试等待执行)

         

       场景4:如果发现该操作已经在执行,等待执行。这时可中断正在进行的操作立刻释放锁继续下一操作。

        synchronized与Lock在默认情况下是不会响应中断(interrupt)操作,会继续执行完。lockInterruptibly()提供了可中断锁来解决此问题。(场景2的另一种改进,没有超时,只能等待中断或执行完毕)

        这种情况主要用于取消某些操作对资源的占用。如:(取消正在同步运行的操作,来防止不正常操作长时间占用造成的阻塞)

        

try {
    lock.lockInterruptibly();
    //操作
 
} catch (InterruptedException e) {
    e.printStackTrace();
} finally {
    lock.unlock();
}

          

原文地址:https://www.cnblogs.com/yedu/p/5418612.html