探索JAVA并发 - 可重入锁和不可重入锁

锁的简单应用

用lock来保证原子性(this.count++这段代码称为临界区)

什么是原子性,就是不可分,从头执行到尾,不能被其他线程同时执行。

可通过CAS来实现原子操作

CAS(Compare and Swap):

CAS操作需要输入两个数值,一个旧值(期望操作前的值)和一个新值,在操作期间先比较下旧值有没有发生变化,如果没有发生变化,才交换成新值,发生了变化则不交换。

CAS主要通过compareAndSwapXXX()方法来实现,而这个方法的实现需要涉及底层的unsafe类

unsafe类:java不能直接访问操作系统底层,而是通过本地方法来访问。Unsafe类提供了硬件级别的原子操作

public class Counter{
    private Lock lock = new Lock();
    private int count = 0;
    public int inc(){
        lock.lock();
        this.count++;
        lock.unlock();
        return count;
    }
}

不可重入锁

先来设计一种锁

public class Lock{
    private boolean isLocked = false;
    public synchronized void lock() throws InterruptedException{
        while(isLocked){    
            wait();
        }
        isLocked = true;
    }
    public synchronized void unlock(){
        isLocked = false;
        notify();
    }
}

这其实是个不可重入锁,举个例子

public class Count{
    Lock lock = new Lock();
    public void print(){
        lock.lock();
        doAdd();
        lock.unlock();
    }
    public void doAdd(){
        lock.lock();
        //do something
        lock.unlock();
    }
}

当调用print()方法时,获得了锁,这时就无法再调用doAdd()方法,这时必须先释放锁才能调用,所以称这种锁为不可重入锁,也叫自旋锁。

可重入锁

设计如下:

public class Lock{
    boolean isLocked = false;
    Thread  lockedBy = null;
    int lockedCount = 0;
    public synchronized void lock()
            throws InterruptedException{
        Thread thread = Thread.currentThread();
        while(isLocked && lockedBy != thread){
            wait();
        }
        isLocked = true;
        lockedCount++;
        lockedBy = thread;
    }
    public synchronized void unlock(){
        if(Thread.currentThread() == this.lockedBy){
            lockedCount--;
            if(lockedCount == 0){
                isLocked = false;
                notify();
            }
        }
    }
}

相对来说,可重入就意味着:线程可以进入任何一个它已经拥有的锁所同步着的代码块。

第一个线程执行print()方法,得到了锁,使lockedBy等于当前线程,也就是说,执行的这个方法的线程获得了这个锁,执行add()方法时,同样要先获得锁,因不满足while循环的条件,也就是不等待,继续进行,将此时的lockedCount变量,也就是当前获得锁的数量加一,当释放了所有的锁,才执行notify()。

如果在执行这个方法时,有第二个线程想要执行这个方法,因为lockedBy不等于第二个线程,导致这个线程进入了循环,也就是等待,不断执行wait()方法。只有当第一个线程释放了所有的锁,执行了notify()方法,第二个线程才得以跳出循环,继续执行。

这就是可重入锁的特点。

java中常用的可重入锁

synchronized

java.util.concurrent.locks.ReentrantLock

  • AtomicIntegerFieldUpdater:原子更新整型的字段的更新器
  • AtomicLongFieldUpdater:原子更新长整型字段的更新器
  • AtomicStampedReference:原子更新带有版本号的引用类型。该类将整型数值与引用关联起来,可用于原子的更新数据和数据的版本号,可以解决使用CAS进行原子更新时可能出现的ABA问题。
  • AtomicReference :原子更新引用类型
  • AtomicReferenceFieldUpdater :原子更新引用类型里的字段
  • AtomicMarkableReference:原子更新带有标记位的引用类型。可以原子更新一个布尔类型的标记位和应用类型
  • AtomicIntegerArray :原子更新整型数组里的元素
  • AtomicLongArray :原子更新长整型数组里的元素
  • AtomicReferenceArray : 原子更新引用类型数组的元素
  • AtomicBooleanArray :原子更新布尔类型数组的元素
  • AtomicBoolean :原子更新布尔类型
  • AtomicInteger: 原子更新整型
  • AtomicLong: 原子更新长整型
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