[JavaEE]synchronized 与死锁

分手后的思念是犯贱 2024-03-30 12:22 102阅读 0赞

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## 目录 ##

1.synchronized 的特性

2. synchronized 使用示例:

3.Java 标准库中的线程安全类

4.死锁是什么?

5.如果避免死锁?

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### 1.synchronized 的特性 ###

**1). 互斥性**

当某个线程执行到 synchronized 所修饰的对象时 , 该线程对象会加锁(lock) , 其他线程如果执行到同一个对象的 synchronized 就会产生阻塞等待.

>  *  进入 synchronized 修饰的代码块 , 相当于加锁.
>  *  退出 synchronized 修饰着代码块 , 相当于解锁.

synchronized 使用的锁存储在Java对象里 , 可以理解为每个对象在内存中存储时 , 都有一块内存表示当前的锁定状态.类似于公厕的"有人" , "无人".

如果是"无人"状态 , 此时就可以使用 , 使用时需设置为"有人"状态.

如果是"有人"状态 , 此时就需要排队等待.

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*   **如果理解阻塞等待?**

针对每一把锁 , 操作系统都会维护一个等待队列 , 当一个线程获取到这个锁之后 , 其他线性再尝试获取这个锁 , 就会获取不到锁 , 陷入阻塞等待. 一直等到之前这个线程释放锁后 , 操作系统才会唤醒其他线程来再次竞争这个锁.

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**2)可重入**

synchronized 对同一个线程来说是可重入的 , 不会出现把自己锁死的情况.

**如何理解把自己锁死?**

观察下面这段代码可以发现 , 当某个线程调用add方法时 , 就会对 this 对象先加锁 , 接着进入代码块又会对 this 对象再次尝试加锁. 站在 this 对象的角度 , 它认为自己已经被另外的线程占用了 , 那么第二次加锁是否需要阻塞等待呢? 如果运行上述情况 , 那么这个锁就是可重入的 , 否则就是不可重入的.不可重入锁会导致出现死锁 , 而Java中的 synchronized 是可重入锁 , 因此没有上述问题.

synchronized public void add(){
            synchronized (this) {
                count++;
            }
        }

在可重入锁内部 , 包含了"线程持有者"和"计数器"两个信息.

>  *  如果每个线程加锁时 , 发现锁以及被占用了 , 但加锁的人是它自己 , 那么仍然可以获取到锁 , 让计数器自增.
>  *  解锁的时候当计数器递减到0时 , 才真正释放锁.

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### 2. synchronized 使用示例: ###

**1). 修饰普通方法**

锁的是 Counter 对象.

class Counter{
        public int count;
        synchronized public void add(){
                count++;
            }
    }

**2). 修饰静态方法**

锁的是 Counter 类

class Counter{
        public int count;
        synchronized public static void add(){
                count++;
            }
    }

**3).修饰代码块.**明确指定锁哪个对象

锁当前对象:

class Counter{
        public int count;
        public void add(){
            synchronized (this) {
                count++;
            }
        }
    }

锁类对象:

class Counter{
        public int count;
        public void add(){
            synchronized (Counter.class) {
                count++;
            }
        }
    }

*  **类锁和对象锁有什么区别?**

顾名思义 , 对象锁用来锁住当前对象 , 类锁用来锁住当前类.如果一个类有多个实例对象 , 那么如果对其中一个对象加锁 , 别的线程只会在访问这个对象时阻塞等待 , 访问其他对象时没有影响.但如果是类锁 , 那么当一个线程对这个类加锁后 , 其他线程访问该类的所有对象都要阻塞等待.

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### 3.Java 标准库中的线程安全类 ###

Java 标准库中有很多线程是不安全的 , 这些类可能涉及多线程修改共享数据 , 却又没有任何加锁措施.

*  ArrayList
 *  LinkedList
 *  HashMap
 *  HashSet
 *  TreeSet
 *  StringBuilder

但还有一些是线程安全的 , 使用一些锁机制来控制.

*  Vector
 *  HashTable
 *  CurrentHashMap
 *  StringBuffer

@Override
        @IntrinsicCandidate
        public synchronized StringBuffer append(String str) {
            toStringCache = null;
            super.append(str);
            return this;
        }

这些线程之所以不加锁是因为 , 加锁会损失部分性能.

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### 4.死锁是什么? ###

死锁是这样一种情况 , 多个线程同时被阻塞 , 其中一个或全部都在等待某个资源被释放.由于线程被无限期的阻塞 , 因此程序不可能正常终止.

**死锁的三个典型情况**

**1). 一个线程一把锁 ,** 连续加两次 , 如果锁是不可重入锁 , 就会死锁. Java中的synchronized和ReentranLock 都是可重入锁 , 因此不会出现上述问题.

**2). 两个线程两把锁** , t1 和 t2 线程各种先针对锁A和锁B加锁 , 再尝试获取对方的锁.

> 例如 , 张三和女神去吃饺子 , 需要蘸醋和酱油 , 张三拿到醋 , 女神拿到酱油 , 张三对女神说:"你先把酱油给我 , 我用完就把醋给你" , 女神对张三说:"你先把醋给我 , 我用完就把酱油给你". 这时两人争执不下 , 就构成了死锁 , 醋和酱油就是两把锁 , 张三和女生就是两个线程.

public static void main(String[] args) {
            Object jiangyou = new Object();
            Object cu  = new Object();
            
            Thread zhangsan = new Thread(()->{
                synchronized (jiangyou){
                    try {
                        Thread.sleep(1000);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        throw new RuntimeException(e);
                    }
                    synchronized (cu ){
                        System.out.println("张三把酱油和醋都拿到了");
                    }
                }
            });
            Thread nvsheng = new Thread(()->{
                synchronized (cu ){
                    try {
                        Thread.sleep(1000);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        throw new RuntimeException(e);
                    }
                    synchronized (jiangyou){
                        System.out.println("女神把酱油和醋都拿到了");
                    }
                }
            });
            zhangsan.start();
            nvsheng.start();
        }

执行代码后 , 发现没有打印任何日志 , 说明没有线程拿到两把锁.

通过jconsole查看线程的情况:

![28ff8b32b5ab4553a738585d87109d18.png][]

**3)多个线程多把锁**

例如常见经典案例--"哲学家就餐问题"

假设有五个哲学家围着桌子吃饭 , 每个人中间放一个筷子 , 哲学家有两种状态 , 1.思考人生(相当于线程的阻塞状态) , 2.拿起筷子吃面条(相当于线程获取到锁执行计算) , 由于操作系统的随机调度 , 这五个哲学家随时都可能想吃面条 , 也随时都可能思考人生 , 但是想要吃面条就得同时拿起左右两个筷子.

![e56f7073218244c5a2d85e8e91a545fd.png][]

假设同一时刻 , 所有哲学家同时拿起左手的筷子 , 所有的哲学家都拿不起右手的筷子 , 就会产生死锁.

![d922899c533847dfa503c88706f16ed9.png][]

死锁是一个严重的"BUG" , 导致一个程序的线程"卡死"无法正常工作.

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### 5.如果避免死锁? ###

**死锁的四个必要条件:**

>  *  1.**互斥使用**: 当资源被一个线程占有时 , 别的线程不能使用
>  *  2.**不可抢占**: 资源请求者不能从资源获取者手中夺取资源 , 只能等资源占有者主动释放.
>  *  3.**请求和保持**: 当资源请求者请求获取别的资源时 , 保存对原有资源的占有.
>  *  4.**循环等待**: 即存在一个等待队列 , P1占有P2的资源 , P2占有P3的资源 , P3占有P1的资 源, 这样就形成一个等待回路.

当上述四个条件都成立就会形成死锁 , 当然破坏其中一个条件也可以打破死锁 , 对于synchronized 来说 , 前三个条件是锁的基本特性 , 因此想要打破死锁只能从"**循环等待**"入手.

**如何破除死锁?**

如果我们给锁编号 , 然后指定一个固定的顺序来加锁(必然从小到大) , 任意线程加多把锁的时候都遵循上述顺序 , 此时循环等待自然破处.

因此解决哲学家就餐问题就可以给每个筷子编号 , 每个人都遵守"先拿小的再拿大的顺序".此时1号哲学家和2号哲学家为了竞争筷子其中一个人就会阻塞等待 , 这时5号哲学家就有了可乘之机 , 5号哲学家拿起4号和5号筷子吃完面条 , 四号哲学家重复上述操作也吃完面条 , 这样就完美的打破了循环等待的问题.

![530eb09d2b344f2c933f34c1585a9c7c.png][]

同样 , 最初的张三和女神吃饺子问题也是同样的解决方式 , 规定两人都按"先拿醋再拿饺子"的顺序执行 , 就可以完美解决死锁问题.

public static void main(String[] args) {
            Object jiangyou = new Object();
            Object cu  = new Object();
    
            Thread zhangsan = new Thread(()->{
                synchronized (cu){
                    try {
                        Thread.sleep(1000);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        throw new RuntimeException(e);
                    }
                    synchronized (jiangyou ){
                        System.out.println("张三把酱油和醋都拿到了");
                    }
                }
            });
            Thread nvsheng = new Thread(()->{
                synchronized (cu ){
                    try {
                        Thread.sleep(1000);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        throw new RuntimeException(e);
                    }
                    synchronized (jiangyou){
                        System.out.println("女神把酱油和醋都拿到了");
                    }
                }
            });
            zhangsan.start();
            nvsheng.start();
        }

![b41fb650558246dc9cb065605700e4d2.png][]

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