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Java基礎(chǔ)

Java介紹Lock鎖與生產(chǎn)者消費(fèi)者問題

coldplay.xixi

Feb 09, 2021 pm 05:43 PM

java 並發(fā)程式設(shè)計(jì)

Java介紹Lock鎖與生產(chǎn)者消費(fèi)者問題

免費(fèi)學(xué)習(xí)推薦：java基礎(chǔ)教學(xué)

#Lock鎖定與生產(chǎn)者消費(fèi)者問題
傳統(tǒng)Synchronized鎖定
Lock鎖定

Synchronized與lock鎖定的差異

傳統(tǒng)的生產(chǎn)者和消費(fèi)者問題

Lock版的生產(chǎn)者和消費(fèi)者問題

Condition實(shí)現(xiàn)精確通知喚醒

Java介紹Lock鎖與生產(chǎn)者消費(fèi)者問題傳統(tǒng)Synchronized鎖定
實(shí)作一個(gè)基本的售票範(fàn)例：

/*
真正的多線程開發(fā)，公司中的開發(fā),降低耦合性
線程就是一個(gè)單獨(dú)的資源類，沒有任何附屬的操作
1.屬性，方法
?*?*/public?class?SaleTicketDemo1?{
????public?static?void?main(String[]?args)?{
????????//并發(fā)，多個(gè)線程操作同一個(gè)資源類,把資源類丟入線程
????????Ticket?ticket=new?Ticket();
????????//Runnable借口是一個(gè)FunationalInterface函數(shù)式接口，接口可以new,jdk1.8以后，lamda表達(dá)式()->{代碼}
????????new?Thread(()->{
????????????for(int?i=0;i{
????????????for(int?i=0;i0){
????????????System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"賣出了"+(number--)+"票,剩余"+number);
????????}
????}}

注意，這裡面用到了lambda表達(dá)式，lambda表達(dá)式詳細(xì)描述見Java基礎(chǔ)-Lambda表達(dá)式

# 這是使用傳統(tǒng)的synchronized實(shí)作並發(fā)，
synchronized的本質(zhì)就是佇列，鎖定
。就好比食堂排隊(duì)。如果沒有排隊(duì)，就會(huì)很亂。只有給一個(gè)人服務(wù)完成了，另一個(gè)人才能接收到服務(wù)。
Lock鎖定

之前已經(jīng)說道，JVM提供了synchronized關(guān)鍵字來實(shí)現(xiàn)對(duì)變數(shù)的同步存取以及用wait和notify來實(shí)現(xiàn)線程間通訊。在jdk1.5之後，JAVA提供了Lock類別來實(shí)現(xiàn)和synchronized一樣的功能，並且還提供了Condition來顯示線程間通訊。

Lock類別是Java類別來提供的功能，豐富的api使得Lock類別的同步功能比synchronized的同步更強(qiáng)大。在java.util. ??Concurrent套件中，裡面有3個(gè)接口，Condition，lock(標(biāo)準(zhǔn)鎖定)。 ReadWriteLock鎖定（讀寫鎖定）

Java介紹Lock鎖與生產(chǎn)者消費(fèi)者問題 Lock實(shí)作提供比使用synchronized方法和語句可以獲得的更廣泛的鎖定操作。它們?cè)试S更靈活的結(jié)構(gòu)化，可能具有完全不同的屬性，並且可以支援多個(gè)相關(guān)聯(lián)的物件Condition。

Lock?l?=?...;?l.lock();?try?{?//?access?the?resource?protected?by?this?lock?}?finally?{?l.unlock();?}

lock()表示加鎖，unlock()表示解鎖
JDK官方文件中解釋

所有已知實(shí)作類別：

Java介紹Lock鎖與生產(chǎn)者消費(fèi)者問題 ReentrantLock可重入鎖定
ReentrantReadWriteLock.ReadLock 讀鎖定
ReentrantReadWriteLock.writeLock寫鎖

先說ReentrantLock實(shí)作類別： ReentrantLock底層原始碼建構(gòu)子

公平鎖定：十分公平，可以先來後到。但是問題如果一個(gè)3s和一個(gè)3h的進(jìn)程到達(dá)，3h先，那麼3s等3h，實(shí)際上也不利。非公平鎖：十分不公平，可以插隊(duì)（預(yù)設(shè)）
之後，我們會(huì)具體解釋。

怎麼用，用之前加鎖，用之後解鎖

#//lock鎖三部曲

//1.new ReentranLock() ;建構(gòu)

//2.Lock.lock();加上鎖定
//3.finally();解鎖

#

public?class?SaleTicketDemo2?{
	public?static?void?main(String[]?args)?{
		//并發(fā)，多個(gè)線程操作同一個(gè)資源類,把資源類丟入線程
		Ticket?ticket=new?Ticket();
		//Runnable借口是一個(gè)FunationalInterface函數(shù)式接口，接口可以new,jdk1.8以后，lamda表達(dá)式()->{代碼}
		new?Thread(()->{for(int?i=0;i{for(int?i=0;i{for(int?i=0;i0){
				System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"賣出了"+(number--)+"票,剩余"+number);
			}
		}?catch?(Exception?e)?{
			//?TODO:?handle?exception
		}finally{
			lock.unlock();
		}	
	}}

Synchronized和lock鎖定的差別

1.synchronized是內(nèi)建的java關(guān)鍵字，lock是Java類別

2.synchronized無法判斷取得鎖定的狀態(tài)，lock可以判斷是否取得到了鎖定 3.synchronized會(huì)自動(dòng)釋放鎖(a–),lock必須要手動(dòng)釋放鎖！如果不釋放鎖，會(huì)導(dǎo)致死鎖 4.Synchronized線程1（獲得鎖，阻塞），線程2（等待，傻傻的等）

lock.tryLock()嘗試獲取鎖，不一定會(huì)一直等下去

5.Synchronized可重入鎖，不可以中斷的，非公平鎖。 Lock,可重入鎖，可以判斷鎖，公平與非公平可以自行設(shè)定（可以自己設(shè)定）
6.synchronized適合少量的程式碼同步問題，lock鎖適合鎖大量的同步程式碼
synchornized鎖對(duì)象和同步程式碼區(qū)塊方法

傳統(tǒng)的生產(chǎn)者和消費(fèi)者問題

傳統(tǒng)的生產(chǎn)者和消費(fèi)者是基於Object類別的wait、notify方法和synchronized關(guān)鍵字來實(shí)現(xiàn)的。
在面試的時(shí)候，手寫生產(chǎn)者消費(fèi)者程式碼是很常見的事情。
面試筆試經(jīng)典問題：單例模式排序演算法生產(chǎn)者消費(fèi)者死鎖
生產(chǎn)者消費(fèi)者問題synchronized版

線程之間的通訊問題：生產(chǎn)者和消費(fèi)者問題等待喚醒，通知喚醒

執(zhí)行緒交替執(zhí)行A B 操作同一個(gè)變數(shù)number=0 Java介紹Lock鎖與生產(chǎn)者消費(fèi)者問題 A num 1
B num-1

## 注意：###加鎖的方法中，執(zhí)行的思路是判斷等待業(yè)務(wù)通知######

package?testConcurrent;/*
線程之間的通信問題：生產(chǎn)者和消費(fèi)者問題????等待喚醒，通知喚醒
線程交替執(zhí)行?A?B?操作同一個(gè)變量number=0
A?num+1
B?num-1

?*?*/public?class?A?{
	public?static?void?main(String[]?args)?{
		Data?data?=new?Data();
		new?Thread(()->{
			for(int?i=0;i{
			for(int?i=0;i"+number);
		//通知其他線程，我+1完畢了
		this.notify();
	}
	//-1
	public?synchronized?void?decrement()?throws?InterruptedException{
		if(number==0){
			//等待
			this.wait();
		}
		number--;
		System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"=>"+number);
		//通知其他線程，我-1完畢了
		this.notify();
	}}

######### 如圖，基本上可以實(shí)現(xiàn)所要求的功能，但是這樣還會(huì)出現(xiàn)問題，如果此時(shí)我再加上了兩個(gè)線程，則###

		new?Thread(()->{
			for(int?i=0;i{
			for(int?i=0;i<p><img src="/static/imghw/default1.png" data-src="https://img.php.cn/upload/article/000/000/052/4011c6e510a595c0afc39326e031cf33-4.png" class="lazy" alt="Java介紹Lock鎖與生產(chǎn)者消費(fèi)者問題"><br> 這里結(jié)果中出現(xiàn)了2，輸出結(jié)果出現(xiàn)了問題。為什么呢？<br> 為什么if判斷會(huì)出現(xiàn)問題：<br> if判斷只判斷一次。因?yàn)閕f判斷了之后，就已經(jīng)進(jìn)入了代碼的等待那一行，這時(shí)，在wait下的線程可能有多個(gè)，甚至包括生產(chǎn)者和消費(fèi)者。有可能某個(gè)生產(chǎn)者執(zhí)行完了之后，喚醒的是另一個(gè)生產(chǎn)者。</p><p>在我們的官方文檔中就給出了解釋</p><pre class="brush:php;toolbar:false">public?final?void?wait(long?timeout)
????????????????throws?InterruptedException

導(dǎo)致當(dāng)前線程等待，直到另一個(gè)線程調(diào)用此對(duì)象的notify()方法或notifyAll()方法，或指定的時(shí)間已過。
線程也可以喚醒，而不會(huì)被通知，中斷或超時(shí)，即所謂的虛假喚醒。雖然這在實(shí)踐中很少會(huì)發(fā)生，但應(yīng)用程序必須通過測(cè)試應(yīng)該使線程被喚醒的條件來防范，并且如果條件不滿足則繼續(xù)等待。換句話說，等待應(yīng)該總是出現(xiàn)在循環(huán)中，就像這樣：

?synchronized?(obj)?{
?????????while?(<condition>)
?????????????obj.wait(timeout);
?????????...?//?Perform?action?appropriate?to?condition
?????}</condition>

注意點(diǎn)：防止虛假喚醒問題。
我們代碼中用的是if判斷，而應(yīng)該用while判斷

package?testConcurrent;/*
線程之間的通信問題：生產(chǎn)者和消費(fèi)者問題????等待喚醒，通知喚醒
線程交替執(zhí)行?A?B?操作同一個(gè)變量number=0
A?num+1
B?num-1

?*?*/public?class?A?{
????public?static?void?main(String[]?args)?{
????????Data?data?=new?Data();
????????new?Thread(()->{
????????????for(int?i=0;i{
????????????for(int?i=0;i{
????????????for(int?i=0;i{
????????????for(int?i=0;i"+number);
????????//通知其他線程，我+1完畢了
????????this.notify();
????}
????//-1
????public?synchronized?void?decrement()?throws?InterruptedException{
????????while(number==0){
????????????//等待
????????????this.wait();
????????}
????????number--;
????????System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"=>"+number);
????????//通知其他線程，我-1完畢了
????????this.notify();
????}}

Lock版的生產(chǎn)者和消費(fèi)者問題

在synchronized版本中，我們使用了wait和notify來實(shí)現(xiàn)線程之間的同步
在lock中，
此時(shí)synchronized被lock替換了，那么wait和notify用什么來替換呢？
我們?cè)诠俜轿臋njava.util.concurrent.locks 中，找到Lock類，然后在底部找到了
Condition newCondition()
返回一個(gè)新Condition綁定到該實(shí)例Lock實(shí)例。
在等待條件之前，鎖必須由當(dāng)前線程保持。呼叫Condition.await()將在等待之前將原子釋放鎖，并在等待返回之前重新獲取鎖。
然后我們?cè)賮砹私釩ondition類
Condition 將 Object 監(jiān)視器方法（wait、notify 和 notifyAll）分解成截然不同的對(duì)象，以便通過將這些對(duì)象與任意 Lock 實(shí)現(xiàn)組合使用，為每個(gè)對(duì)象提供多個(gè)等待 set（wait-set）。其中，Lock 替代了 synchronized 方法和語句的使用，Condition 替代了 Object 監(jiān)視器方法的使用。
一個(gè)Condition實(shí)例本質(zhì)上綁定到一個(gè)鎖。要獲得特定Condition實(shí)例的Condition實(shí)例，請(qǐng)使用其newCondition()方法。

Java介紹Lock鎖與生產(chǎn)者消費(fèi)者問題
我們可以看到，使用的時(shí)候new一個(gè)Condition對(duì)象。然后用await替代wait,signal替換notify
代碼實(shí)現(xiàn)
//判斷等待+業(yè)務(wù)+通知

class?Data2{		//數(shù)字。資源類
	private?int?number=0;
	Lock?lock=new?ReentrantLock();
	Condition?condition=lock.newCondition();
	//+1
	public?void?increment()?throws?InterruptedException{
		try?{
			lock.lock();
			//業(yè)務(wù)代碼
			while(number!=0){		
				//等待
				condition.await();
			}
			number++;		
			System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"=>"+number);
			condition.signalAll();		//通知
		}?catch?(Exception?e)?{
			//?TODO:?handle?exception
		}finally{
			lock.unlock();
		}
	}
	//-1
	public?void?decrement()?throws?InterruptedException{
		try?{
			lock.lock();
			//業(yè)務(wù)代碼
			while(number!=1){		
				//等待
				condition.await();
			}
			number--;		
			System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"=>"+number);
			condition.signalAll();		//通知
		}?catch?(Exception?e)?{
			//?TODO:?handle?exception
		}finally{
			lock.unlock();
		}
	}	}

注意：主函數(shù)部分于最上面的代碼一樣。

Java介紹Lock鎖與生產(chǎn)者消費(fèi)者問題
這時(shí)候雖然說是正確的，但是它是一個(gè)隨機(jī)分布的狀態(tài)，現(xiàn)在我們希望它有序執(zhí)行，即A執(zhí)行完了執(zhí)行B，B執(zhí)行C，C完了執(zhí)行D。即精準(zhǔn)通知。

Condition實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)通知喚醒

Condition實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的通知和喚醒
我們構(gòu)造三個(gè)線程，要求A執(zhí)行完了執(zhí)行B，B執(zhí)行完了執(zhí)行C，C執(zhí)行完了執(zhí)行D.
代碼思想：
//加多個(gè)監(jiān)視器，通過監(jiān)視器來判斷喚醒的是哪一個(gè)人
//設(shè)置多個(gè)同步監(jiān)視器，每個(gè)監(jiān)視器監(jiān)視一個(gè)線程
//實(shí)例：生產(chǎn)線，下單->支付->交易->物流

package?testConcurrent;import?java.util.concurrent.locks.Condition;import?java.util.concurrent.locks.Lock;import?java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;/*
A執(zhí)行完調(diào)用B,B執(zhí)行完調(diào)用C，C執(zhí)行完調(diào)用A
?*?*/public?class?C?{

????public?static?void?main(String[]?args)?{
????????Data3?data=new?Data3();
????????new?Thread(()->{
????????????for(int?i=0;i{
????????????for(int?i=0;i{
????????????for(int?i=0;i支付->交易->物流
????private?Condition?condition1=lock.newCondition();
????private?Condition?condition2=lock.newCondition();
????private?Condition?condition3=lock.newCondition();
????private?int?number=1;???????//1A?2B?3C
????public?void?printA(){
????????lock.lock();
????????try?{
????????????//業(yè)務(wù)，判斷->執(zhí)行->通知
????????????while(number!=1){
????????????????//等待
????????????????condition1.await();
????????????}
????????????System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"=>AAAAAAA");
????????????//喚醒，喚醒指定的人，B
????????????number=2;???????????//精準(zhǔn)喚醒
????????????condition2.signal();
????????????
????????}?catch?(Exception?e)?{
????????????//?TODO:?handle?exception
????????}finally{
????????????lock.unlock();
????????}
????}???
????public?void?printB(){
????????lock.lock();
????????try?{
????????????//業(yè)務(wù)，判斷->執(zhí)行->通知
????????????while(number!=2){
????????????????//等待
????????????????condition2.await();
????????????}
????????????System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"=>BBBBBBB");
????????????//喚醒，喚醒指定的人，C
????????????number=3;???????????//精準(zhǔn)喚醒
????????????condition3.signal();
????????????
????????}?catch?(Exception?e)?{
????????????//?TODO:?handle?exception
????????}finally{
????????????lock.unlock();
????????}
????}
????public?void?printC(){
????????lock.lock();
????????try?{
????????????//業(yè)務(wù)，判斷->執(zhí)行->通知
????????????while(number!=3){
????????????????//等待
????????????????condition3.await();
????????????}
????????????System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"=>CCCCCCC");
????????????//喚醒，喚醒指定的人，A
????????????number=1;???????????//精準(zhǔn)喚醒
????????????condition1.signal();
????????????
????????}?catch?(Exception?e)?{
????????????//?TODO:?handle?exception
????????}finally{
????????????lock.unlock();
????????}
????}}