【JUC】四、可重入锁、公平锁、非公平锁、死锁现象

文章目录

  • 1、synchronized
  • 2、公平锁和非公平锁
  • 3、可重入锁
  • 4、死锁

1、synchronized

写个demo，具体演示下对象锁与类锁，以及synchronized同步下的几种情况练习分析。demo里有资源类手机Phone，其有三个方法，发短信和发邮件这两个方法有synchronized关键字，另一个普通方法getHello。然后启动两个线程AA和BB，且二者进入就绪状态中间休眠100ms，给AA一个先抢夺CPU时间片的优势。

public class Lock8 {

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Phone phone = new Phone();
        new Thread(() -> {
            try {
                phone.sendSMS();
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            }
        },"AA").start();

        /**
         * start后线程进入的是就绪状态，即具有抢夺CPU时间片（执行权）的能力，并不是直接执行
         * 这里刻意休眠100毫秒，让AA线程先去抢时间片，给AA一个先执行的优势
         */
        Thread.sleep(100);

        new Thread(() -> {
            try {
                phone.sendEmail();
                //phone.getHello();
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            }
        },"BB").start();

    }

}
class Phone {
    public synchronized void sendSMS() throws Exception {
        //TimeUnit.SECONDS.sleep(4);
        System.out.println("------sendSMS");
    }

    public synchronized void sendEmail() throws Exception {
        System.out.println("------sendEmail");
    }

    public void getHello() {
        System.out.println("------getHello");
    }
}

分析以下八种情况的输出结果：

Case1：就上面的代码，直接执行

Case2：sendSMS()方法体加一行TimeUnit.SECONDS.sleep(4)，即停留4秒

分析：对于上面两种情况，synchronized出现在示例方法中占的是对象锁，而两线程共用同一个对象，因此先抢时间片的线程AA先执行，而sleep是抱着锁睡，所以输出都是：

------sendSMS
------sendEmail

Case3：BB线程改为调用普通方法getHello

分析：getHello方法不用对象锁，所以不用等，而AA线程的sendSMS要sleep4秒，因此getHello就先输出：

------getHello
------sendSMS

Case4：两个手机Phone对象，分别给AA和BB线程调用两个synchronized方法

分析：两个Phone对象，两个对象锁，各自调synchronized实例方法，没有抢锁和等待的情况，没有sleep的自然先输出：

------sendEmail
------sendSMS

Case5：两个synchronized方法均加static改为静态方法，两线程共用1个Phone资源对象

Case6：两个synchronized方法均加static改为静态方法，两线程分别用2个Phone资源对象

分析：synchronized两个静态方法，锁的就是类锁，即当前类的Class对象，一个类就一把类锁，所以尽管有两个Phone对象在调也没用，先拿到类锁的先执行并输出：

------sendSMS
------sendEmail

Case7：BB线程调用静态同步sendEmail、AA线程调用无static的同步方法sendSMS，两线程共用1个Phone资源对象

Case8：BB线程调用静态同步sendEmail、AA线程调用无static的同步方法sendSMS，两线程分别用2个Phone资源对象

分析：不管1个/2个Phone对象，AA线程用的对象锁，BB线程用的类锁，互不影响，对象锁代码中有sleep，晚输出：

------sendEmail
------sendSMS

总结：

synchronized实现同步时：

  • synchronized加在静态方法上，锁的就是类锁，即当前类的Class对象，一个类就一把类锁
  • synchronized加在实例方法上，锁的是调用该方法的当前对象，是对象锁，一个类创建100个对象，就有100把对象锁
  • synchronized加在代码块上，锁的是synchronized括号里配置的对象

2、公平锁和非公平锁

还是之前三个线程卖30张票的例子：

//资源类
class LTicket{

    private Integer number = 30;

    private final ReentrantLock lock = new ReentrantLock();

    public void sale(){
        //上锁
        lock.lock();
        try {
            if( number > 0 ){
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ": 卖出票，剩余" + number--);
            }

        } finally {
            //释放锁写finally语句中，防止上面发生异常导致锁未释放
            lock.unlock();
        }
    }
}

开启三个线程，调用资源类的方法：

public class LSaleTicket {

    public static void main(String[] args) {
        LTicket ticket = new LTicket();
        new Thread(() -> {
            for(int i = 0 ; i < 40; i++ ){
                ticket.sale();
            }
        },"AA").start();

        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                for(int i = 0 ; i < 40; i++ ){
                    ticket.sale();
                }
            }
        },"BB").start();
        new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < 40; i++) {
                ticket.sale();
            }
        }, "CC").start();
    }
}

执行会发现，经常AA一个线程就把所有票一个人卖完了：

在这里插入图片描述

这就是非公平锁，上面new Lock对象时：

private final ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
//不传参数，默认非公平锁

源码：

在这里插入图片描述

改为公平锁：

private final ReentrantLock lock = new ReentrantLock(true);

看下效果：

在这里插入图片描述

总结：

  • 非公平锁：可能导致线程饿死，但效率高
  • 公平锁：阳光普照，但效率比非公平锁低

二者相比，就像去图书馆自习，非公平锁是看到座位就座，公平锁则是先问下这里有人吗，如果有，就排队，公平锁的源码：

在这里插入图片描述

3、可重入锁

synchronized( 隐式)和 Lock( 显式)都是可重入锁，这里的显式隐式即指的Lock需要开发者手动加锁解锁。可重入锁，理解为你家大门上有锁、卧室门上有锁、卫生间有锁，但只要你打开了大门的锁，卧室、卫生间就不需要再次开锁了，这些房间就可以自由进入了。类比到代码中，就是他们用的是同一把锁。可重入锁又叫递归锁。

在这里插入图片描述
写个synchronized同步代码块

public class SyncLockDemo {
    
    public static void main(String[] args) {
        
        Object o = new Object();
        new Thread(() -> {
            synchronized (o){
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 外层");
                synchronized (o){
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 中层");
                    synchronized (o){
                        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 内层");
                    }
                }
            }
        },"t1").start();

    }
}

在这里插入图片描述

关于可重入锁又叫递归锁：

public class SyncLockDemo {
    
    public synchronized void add(){
        add();
    }

    public static void main(String[] args) {
        
        new SyncLockDemo().add();
     
    }
}

在这里插入图片描述

可以看到递归调用synchronized实例方法add，会出现StackOverflowError，就可以说明可重入锁的特点，要是不可重入，那递归时再调add方法，就没对象锁给它用了。再用lock显示演示：

在这里插入图片描述

另外，lock与unlock必须成对，当然这里内层锁的unlock注释掉，也能运行成功，进入大门后你是可以自由活动的，但你少个unlock，后面线程再想lock，就等不到锁了，相当于你进门，自己休息好了再出来却不带钥匙就把门关了。

4、死锁

在这里插入图片描述
t1线程执行某同步代码块，用到了对象1的锁和对象2的锁，即t1线程需要先锁对象1，再锁对象2，全锁以后，算同步代码块执行结束，然后一下释放两个对象锁。（A加锁-B加锁-B解锁-A解锁）

t2线程执行另一个同步代码块，需要先锁对象2，再锁对象1才算这个同步代码块执行结束，然后释放两个对象锁。（B加锁-A加锁-A解锁-B解锁）

如此：t1锁到对象2的时候，发现已被锁，则等待，而另一边：t2锁到对象1的时候，发现对象1已被锁，两个线程同时陷入无休止的等待…尬住了。此时，若无外力干涉，就执行不下去了，表现在执行结果就是光标闪烁，无输出，但也没有执行结束。

产生死锁的原因：
  • 系统资源不足
  • 进程运行推进顺序不合理
  • 资源分配不当

写个死锁的Demo：

public class DeadLock {

    public static void main(String[] args) {
        Object o1= new Object();
        Object o2= new Object();

        new Thread(() -> {
            synchronized (o1){
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()  + "===>持有o1对象锁，试图获取o2对象锁");
                try {
                    Thread.sleep(200);  //抱着o1锁睡会儿，别太快执行结束释放两个锁，以保证死锁必现
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                synchronized (o2){
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName()  + "===>获取到o2对象锁");
                }
            }
        },"t1").start();

        new Thread(() -> {
            synchronized (o2){
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()  + "===>持有o2对象锁，试图获取o1对象锁");
                try {
                    Thread.sleep(200);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                synchronized (o1){
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName()  + "===>获取到o1对象锁");
                }
            }
        },"t2").start();
    }

}

运行：

在这里插入图片描述

当然，不能一看到不exit0，也无输出就说是死锁，死循环、远程调用也可能有这个情况，关于是否是死锁的验证：

  • jps：类似Linux的ps -ef
  • jstack：JVM自带堆栈跟踪工具

关于jps：
在这里插入图片描述
没配环境变量，在IDEA终端先cd到这儿，再执行：

在这里插入图片描述

然后在IDEA终端继续执行：

jstack 10212

返回的关键信息：

在这里插入图片描述

关于死锁和线程安全的优化：

synchronized会让程序执行效率变低，系统吞吐量降低，用户体验变差。解决线程安全，可考虑：

  • 使用局部变量代替实例变量和静态变量
  • 若必须使用实例变量，考虑多创建几个对象，别对象共享了也就没有安全问题了
  • 若以上两条都做不到，则用synchronized

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