Java线程锁

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Java线程锁

2023-06-28 19:20| 来源: 网络整理| 查看: 265

Java线程锁

在Java中,线程锁有以下几种类型:

synchronized关键字:使用synchronized关键字可以对代码块或方法进行加锁,确保同一时间只有一个线程可以执行被锁定的代码块或方法。

ReentrantLock类:ReentrantLock是Java提供的一个可重入锁,它提供了更灵活的锁定机制,可以实现更复杂的同步需求。

ReadWriteLock接口:ReadWriteLock接口提供了读写锁的机制,允许多个线程同时读取共享资源,但只允许一个线程写入共享资源。

Condition接口:Condition接口是与Lock接口一起使用的,它提供了线程间的等待/通知机制,可以更精确地控制线程的执行顺序。

volatile关键字:volatile关键字可以保证变量的可见性,即当一个线程修改了volatile变量的值,其他线程可以立即看到最新的值。

这些线程锁可以根据具体的需求选择使用,以确保多线程程序的正确性和性能。

synchronized关键字

synchronized关键字是Java中用于实现线程同步的关键字。

它可以用来修饰方法或代码块,确保在同一时间只有一个线程可以访问被synchronized修饰的方法或代码块。这样可以避免多个线程同时访问共享资源而导致的数据不一致或冲突的问题。

在多线程环境下,如果多个线程同时访问一个共享资源,可能会导致数据的不一致性或者出现竞态条件。通过使用synchronized关键字,可以保证在同一时间只有一个线程可以执行被synchronized修饰的方法或代码块,从而避免了多线程并发访问共享资源的问题。

注意:

synchronized关键字只能保证同一时间只有一个线程可以执行被synchronized修饰的方法或代码块,但不能保证线程的执行顺序。如果多个线程同时等待获取锁,那么在锁被释放后,哪个线程能够获取到锁是不确定的。

synchronized关键字是Java中用于实现线程同步的重要机制,它可以保证在多线程环境下共享资源的安全访问。

package com.sin.demoLock; /** * @CreateName SIN * @CreateDate 2023/06/28 9:21 * @description 使用synchronized关键字修饰了increment()方法,使得该方法成为一个同步方法。 * 这意味着在同一时刻只能有一个线程访问该方法,从而保证了对count的递增操作的原子性。 * 通过创建两个线程并分别对count进行1000次递增操作,最终输出count的值。 * 由于使用了synchronized关键字,保证了对count的操作是线程安全的,避免了多线程并发访问时可能出现的数据竞争问题。 */ public class SynchronizedExample { private int count = 0; /** * 公共的同步方法,用于对count进行递增操作 */ public synchronized void increment() { count++; } public static void main(String[] args) { SynchronizedExample example = new SynchronizedExample(); //创建一个线程1 Thread thread1 = new Thread(() -> { for (int i = 0; i for (int i = 0; i //等待线程执行完毕 thread1.join(); thread2.join(); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } System.out.println("Count: " + example.count); } } 使用场景

synchronized关键字用于实现Java中的同步机制,确保多个线程在访问共享资源时的互斥性和可见性。

以下是synchronized关键字的几个常见使用场景:

实例方法:可以使用synchronized修饰实例方法,使得该方法在同一时间只能被一个线程访问。这种情况下,锁对象是当前实例对象。

静态方法:可以使用synchronized修饰静态方法,使得该方法在同一时间只能被一个线程访问。这种情况下,锁对象是当前类的Class对象。

代码块:可以使用synchronized修饰代码块,指定锁对象来实现对共享资源的同步访问。锁对象可以是任意对象,但通常使用共享资源作为锁对象。

对象锁和类锁:synchronized关键字可以用于实现对象级别的锁和类级别的锁。对象锁是实例级别的锁,类锁是类级别的锁。

注意:synchronized关键字虽然可以确保线程安全,但过多地使用synchronized可能会导致性能问题。因此,在使用synchronized时,需要根据具体情况进行合理的设计和优化。

ReentrantLock类

ReentrantLock类是Java中的一个线程同步工具,用于实现可重入的互斥锁。它提供了与synchronized关键字类似的功能,但具有更灵活的控制能力。

ReentrantLock类的主要特点包括:

可重入性:同一个线程可以多次获取同一个ReentrantLock对象的锁,而不会造成死锁。

公平性:ReentrantLock可以选择公平或非公平的锁获取方式。公平锁会按照线程的请求顺序来获取锁,而非公平锁则允许插队。

条件变量:ReentrantLock提供了Condition接口,可以通过它实现线程的等待和唤醒机制,比如使用await()方法等待条件满足,使用signal()方法唤醒等待的线程。

可中断性:ReentrantLock支持线程的中断操作,可以通过lockInterruptibly()方法在等待锁的过程中响应中断。

锁的获取与释放控制:ReentrantLock提供了lock()和unlock()方法,用于手动控制锁的获取和释放,可以在需要的时候更加灵活地控制锁的粒度。

ReentrantLock类是一个功能强大的线程同步工具,可以提供更高级别的控制和灵活性,适用于复杂的多线程场景。

package com.sin.demoLock; import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock; /** * @CreateName SIN * @CreateDate 2023/06/28 9:32 * @description 使用lock()方法获取锁,然后在increment()方法中对共享资源count进行操作,最后使用unlock()方法释放锁。 */ public class ReentrantLockExample { private ReentrantLock lock = new ReentrantLock(); private int count = 0; public void increment() { lock.lock(); // 获取锁 try { count++; // 对共享资源进行操作 } finally { lock.unlock(); // 释放锁 } } public int getCount() { return count; } public static void main(String[] args) { ReentrantLockExample example = new ReentrantLockExample(); // 创建多个线程并发执行increment方法 Thread thread1 = new Thread(() -> { for (int i = 0; i for (int i = 0; i thread1.join(); thread2.join(); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } System.out.println("Final count: " + example.getCount()); } }

ReentrantLock类的优势在于它提供了更多的灵活性,比如可以实现公平锁和非公平锁,可以使用tryLock()方法尝试获取锁而不阻塞等待,还可以使用Condition对象实现更复杂的线程间通信等。这使得ReentrantLock类在一些特殊的并发场景下更加适用。

使用场景

ReentrantLock类是Java中提供的一种可重入的互斥锁,它可以用于控制多个线程对共享资源的访问。以下是一些ReentrantLock类的使用场景:

多线程环境下的数据同步:当多个线程需要同时访问某个共享资源时,可以使用ReentrantLock来保证线程安全。通过在关键代码块前后使用lock()和unlock()方法,可以确保同一时间只有一个线程可以访问共享资源。

条件变量的使用:ReentrantLock类提供了Condition接口,可以通过它实现线程的等待和唤醒操作。可以使用ReentrantLock的newCondition()方法创建一个Condition对象,然后使用await()方法使线程等待,使用signal()方法唤醒等待的线程。

公平锁的实现:ReentrantLock类可以通过构造函数的参数来指定是否使用公平锁。公平锁会按照线程的请求顺序来获取锁,而非公平锁则允许插队,可能导致某些线程长时间等待。根据具体需求,可以选择使用公平锁或非公平锁。

可重入性的需求:ReentrantLock类支持线程的可重入性,即同一个线程可以多次获取同一个锁。这在某些场景下非常有用,比如递归调用或者嵌套的同步代码块。

ReentrantLock类的使用场景主要包括多线程环境下的数据同步、条件变量的使用、公平锁的实现以及可重入性的需求。它提供了更灵活的锁定机制,可以满足不同的并发编程需求。

ReadWriteLock接口

ReadWriteLock接口是Java中用于实现读写锁的接口,它定义了读锁和写锁的获取和释放方法。读写锁是一种特殊的锁,它允许多个线程同时获取读锁,但只允许一个线程获取写锁。

ReadWriteLock接口中定义的方法包括:

readLock():获取读锁。多个线程可以同时获取读锁,只要没有线程持有写锁。writeLock():获取写锁。只有当没有线程持有读锁或写锁时,才能获取写锁。readLockInterruptibly():可中断地获取读锁。与readLock()方法类似,但是在获取读锁的过程中,如果当前线程被中断,则会抛出InterruptedException异常。writeLockInterruptibly():可中断地获取写锁。与writeLock()方法类似,但是在获取写锁的过程中,如果当前线程被中断,则会抛出InterruptedException异常。tryLock():尝试获取读锁或写锁。如果获取成功,则返回true;如果获取失败,则返回false,不会阻塞当前线程。tryLock(long time, TimeUnit unit):在指定的时间内尝试获取读锁或写锁。如果在指定时间内获取成功,则返回true;如果在指定时间内获取失败,则返回false。unlock():释放读锁或写锁。

通过使用ReadWriteLock接口,可以实现对共享资源的读写操作的并发控制,提高程序的性能和并发性。

package com.sin.demoLock; import java.util.concurrent.locks.ReadWriteLock; import java.util.concurrent.locks.ReentrantReadWriteLock; /** * @CreateName SIN * @CreateDate 2023/06/28 9:40 * @description 使用了ReadWriteLock接口的实现类ReentrantReadWriteLock来控制对counter变量的读写操作。 * 在主线程中,我们创建了一个写线程和一个读线程。写线程通过获取写锁来增加counter的值,而读线程通过获取读锁来读取counter的值。 */ public class ReadWriteLockExample { private static final ReadWriteLock lock = new ReentrantReadWriteLock(); private static int counter = 0; public static void main(String[] args) { Thread writerThread = new Thread(() -> { for (int i = 0; i counter++; System.out.println("写入线程:计数器增加到 " + counter); Thread.sleep(1000); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } finally { lock.writeLock().unlock(); } } }); Thread readerThread = new Thread(() -> { for (int i = 0; i System.out.println("读线程:计数器值为" + counter); Thread.sleep(500); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } finally { lock.readLock().unlock(); } } }); writerThread.start(); readerThread.start(); try { writerThread.join(); readerThread.join(); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } }

通过使用ReadWriteLock,我们可以实现多个线程同时读取counter的值,但只有一个线程能够进行写操作。这样可以提高并发性能,因为读操作不会互斥,只有写操作会互斥。

使用场景

ReadWriteLock接口是Java中用于实现读写锁的接口,它定义了两个方法:readLock()和writeLock(),分别用于获取读锁和写锁。

使用ReadWriteLock接口的场景主要是在多线程环境下对共享资源进行读写操作的情况。读写锁允许多个线程同时读取共享资源,但只允许一个线程进行写操作。这样可以提高读操作的并发性,同时保证写操作的原子性和一致性。

以下是一些使用ReadWriteLock接口的典型场景:

缓存系统:在缓存系统中,读操作远远多于写操作。使用读写锁可以允许多个线程同时读取缓存数据,提高读取性能,而在写操作时需要独占锁,保证数据的一致性。

数据库访问:在数据库访问中,读操作通常是并发的,而写操作需要独占资源。使用读写锁可以提高读操作的并发性,同时保证写操作的原子性。

文件读写:在文件读写场景中,读操作可以并发进行,而写操作需要独占资源。使用读写锁可以提高读操作的并发性,同时保证写操作的原子性。

并发容器:在使用并发容器时,读操作通常是并发的,而写操作需要独占资源。使用读写锁可以提高读操作的并发性,同时保证写操作的原子性。

ReadWriteLock接口适用于读操作远远多于写操作的场景,可以提高读操作的并发性,同时保证写操作的原子性和一致性。

Condition接口

Condition接口是Java中的一个线程同步工具,它可以让线程在满足特定条件之前等待,并在条件满足后被唤醒继续执行。Condition接口通常与Lock接口一起使用,用于实现更灵活的线程同步机制。

Condition接口提供了以下几个主要方法:

await():使当前线程等待,并释放锁,直到被其他线程调用signal()或signalAll()方法唤醒。awaitUninterruptibly():与await()方法类似,但是不响应中断。signal():唤醒一个等待在该Condition上的线程。signalAll():唤醒所有等待在该Condition上的线程。

使用Condition接口可以实现更复杂的线程同步逻辑,例如生产者-消费者模式、线程间的协作等。它提供了更细粒度的控制,可以让线程在满足特定条件之前等待,避免了不必要的忙等待,提高了线程的效率。

Condition接口是Java中用于线程同步的一个重要工具,它可以帮助开发者实现更灵活、高效的线程同步机制。

package com.sin.demoLock; import java.util.concurrent.locks.Condition; import java.util.concurrent.locks.Lock; import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock; /** * @CreateName SIN * @CreateDate 2023/06/28 9:42 * @description 使用了一个Condition对象来实现线程之间的通信。`waitForFlag()`方法会在flag为false时等待,直到flag变为true时才继续执行。 * `setFlag()`方法会将flag设置为true,并通过`signalAll()`方法通知等待的线程。 * 在`main()`方法中,我们创建了两个线程,一个线程调用`waitForFlag()`方法等待flag变为true,另一个线程调用`setFlag()`方法将flag设置为true。 * 当flag变为true时,等待的线程会被唤醒并继续执行。 */ public class ConditionExample { private Lock lock = new ReentrantLock(); private Condition condition = lock.newCondition(); private boolean flag = false; public void waitForFlag() throws InterruptedException { lock.lock(); try { while (!flag) { condition.await(); } System.out.println("Flag是真的。继续执行。"); } finally { lock.unlock(); } } public void setFlag() { lock.lock(); try { flag = true; condition.signalAll(); } finally { lock.unlock(); } } public static void main(String[] args) { ConditionExample example = new ConditionExample(); Thread thread1 = new Thread(() -> { try { example.waitForFlag(); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } }); Thread thread2 = new Thread(() -> { try { Thread.sleep(2000); example.setFlag(); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } }); thread1.start(); thread2.start(); } } 使用场景

Condition接口是Java中用于线程间通信的一种机制,它通常与Lock接口一起使用。Condition接口提供了await()、signal()和signalAll()等方法,用于线程的等待和唤醒操作。

Condition接口的使用场景包括:

生产者-消费者模式:当生产者线程生产了数据后,通过Condition的await()方法等待消费者线程消费数据,当消费者线程消费了数据后,通过Condition的signal()方法唤醒生产者线程继续生产数据。多线程协作:当多个线程需要按照一定的顺序执行时,可以使用Condition来实现线程间的协作。例如,线程A需要等待线程B执行完某个任务后才能继续执行,可以使用Condition来实现线程A的等待和线程B的唤醒。线程的超时等待:Condition的await()方法可以指定等待的时间,当等待时间超过指定的时间后,线程会自动被唤醒。这在一些需要等待一段时间后再执行的场景中非常有用。

Condition接口的主要作用是实现线程间的等待和唤醒操作,用于实现线程间的协作和控制线程的执行顺序。

volatile关键字

用于修饰变量。当一个变量被声明为volatile时,它的值将不会被线程本地缓存,而是直接从主内存中读取和写入。

使用volatile关键字修饰的变量具有以下特性:

可见性:当一个线程修改了volatile变量的值,其他线程可以立即看到最新的值,而不是使用本地缓存的旧值。有序性:volatile变量的读写操作具有顺序性,即写操作先于后续的读操作。

注意: volatile关键字只能保证单个变量的可见性和有序性,并不能保证复合操作的原子性。如果需要保证复合操作的原子性,可以使用synchronized关键字或者使用原子类(如AtomicInteger)。

在多线程编程中,使用volatile关键字可以确保线程之间的通信和同步,特别适用于一些标志位的更新和读取操作。但是,对于一些复杂的操作,仍然需要使用其他的同步机制来保证线程安全性。

package com.sin.demoLock; /** * @CreateName SIN * @CreateDate 2023/06/28 9:46 * @description volatile修饰的boolean类型的变量flag。在主线程中,我们创建了两个线程,一个线程用于修改flag的值为true,另一个线程用于检查flag的值是否为true,并打印出来。 * 如果不使用volatile关键字修饰flag变量,那么在第二个线程中可能会出现无限循环的情况,因为第二个线程可能无法感知到flag变量的修改。 * 但是使用volatile关键字修饰flag变量后,第二个线程能够及时感知到flag变量的修改,从而退出循环并打印出flag的值。 */ public class VolatileExample { private volatile boolean flag = false; public void setFlag(boolean value) { this.flag = value; } public void printFlag() { System.out.println("Flag: " + flag); } public static void main(String[] args) { VolatileExample example = new VolatileExample(); Thread thread1 = new Thread(() -> { example.setFlag(true); }); Thread thread2 = new Thread(() -> { while (!example.flag) { // 空循环 } example.printFlag(); }); thread1.start(); thread2.start(); } }

注意:volatile关键字只能保证变量的可见性和禁止指令重排序,但不能保证原子性。如果需要保证原子性,可以使用synchronized关键字或者使用Atomic类。

使用场景

volatile关键字用于确保变量的可见性和禁止指令重排序,适用于以下场景:

多线程共享变量:当多个线程同时访问一个共享变量时,使用volatile关键字可以确保每个线程都能获取到最新的值,而不是使用缓存的旧值。

控制变量的状态:当一个变量被多个线程共享,并且其中一个线程修改了该变量的值,其他线程需要立即感知到这个变化,可以使用volatile关键字。

禁止指令重排序:在某些情况下,编译器和处理器可能会对指令进行重排序,这可能会导致多线程程序出现意想不到的结果。使用volatile关键字可以禁止编译器和处理器对指令进行重排序,保证程序的正确性。

注意:volatile关键字不能保证原子性,如果需要保证原子性,可以使用synchronized关键字或者使用原子类(如AtomicInteger)来替代。此外,volatile关键字的使用需要谨慎,不适合所有的场景,需要根据具体情况进行判断和选择。



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