并发编程（六）——java中锁怎么使用？

傷城~ 2023-02-14 11:00 10阅读 0赞

# Java锁的深度化 #

当多个请求同时操作数据库时，首先将订单状态改为已支付，在金额加上200，在同时并发场景查询条件下，会造成重复通知。  
SQL:  
Update

## 悲观锁与乐观锁 ##

悲观锁悲观的认为每一次操作都会造成更新丢失问题，在每次查询时加上排他锁。

每次去拿数据的时候都认为别人会修改，所以每次在拿数据的时候都会上锁，这样别人想拿这个数据就会block直到它拿到锁。传统的关系型数据库里边就用到了很多这种锁机制，比如行锁，表锁等，读锁，写锁等，都是在做操作之前先上锁。

Select * from xxx for update;

乐观锁:乐观锁会乐观的认为每次查询都不会造成更新丢失,利用版本字段控制

常用乐观锁框架

## 重入锁 ##

锁作为并发共享数据，保证一致性的工具，在JAVA平台有多种实现(如 synchronized 和 ReentrantLock等等 ) 。这些已经写好提供的锁为我们开发提供了便利。

重入锁，也叫做递归锁，指的是同一线程 外层函数获得锁之后 ，内层递归函数仍然有获取该锁的代码，但不受影响。

在JAVA环境下 ReentrantLock 和synchronized 都是 可重入锁

public class Test implements Runnable { 
    	public  synchronized void get() { 
    		System.out.println("name:" + Thread.currentThread().getName() + " get();");
    		set();
    	}
    
    	public synchronized  void set() { 
    		System.out.println("name:" + Thread.currentThread().getName() + " set();");
    	}
    
    	@Override
    
    	public void run() { 
    		get();
    	}
    
    	public static void main(String[] args) { 
    		Test ss = new Test();
    		new Thread(ss).start();
    		new Thread(ss).start();
    		new Thread(ss).start();
    		new Thread(ss).start();
    	}
    }
    
    public class Test02 extends Thread { 
    	ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
    	public void get() { 
    		lock.lock();
    		System.out.println(Thread.currentThread().getId());
    		set();
    		lock.unlock();
    	}
    	public void set() { 
    		lock.lock();
    		System.out.println(Thread.currentThread().getId());
    		lock.unlock();
    	}
    	@Override
    	public void run() { 
    		get();
    	}
    	public static void main(String[] args) { 
    		Test ss = new Test();
    		new Thread(ss).start();
    		new Thread(ss).start();
    		new Thread(ss).start();
    	}
    
    }

## CAS无锁机制 ##

（1）与锁相比，使用比较交换（下文简称CAS）会使程序看起来更加复杂一些。但由于其非阻塞性，它对死锁问题天生免疫，并且，线程间的相互影响也远远比基于锁的方式要小。更为重要的是，使用无锁的方式完全没有锁竞争带来的系统开销，也没有线程间频繁调度带来的开销，因此，它要比基于锁的方式拥有更优越的性能。

（2）无锁的好处：  
      第一，在高并发的情况下，它比有锁的程序拥有更好的性能；  
      第二，它天生就是死锁免疫的。

就凭借这两个优势，就值得我们冒险尝试使用无锁的并发。

（3）CAS算法的过程是这样：它包含三个参数CAS(V,E,N): V表示要更新的变量，E表示预期值，N表示新值。仅当V值等于E值时，才会将V的值设为N，如果V值和E值不同，则说明已经有其他线程做了更新，则当前线程什么都不做。最后，CAS返回当前V的真实值。

（4）CAS操作是抱着乐观的态度进行的，它总是认为自己可以成功完成操作。当多个线程同时使用CAS操作一个变量时，只有一个会胜出，并成功更新，其余均会失败。失败的线程不会被挂起，仅是被告知失败，并且允许再次尝试，当然也允许失败的线程放弃操作。基于这样的原理，CAS操作即使没有锁，也可以发现其他线程对当前线程的干扰，并进行恰当的处理。

（5）简单地说，CAS需要你额外给出一个期望值，也就是你认为这个变量现在应该是什么样子的。如果变量不是你想象的那样，那说明它已经被别人修改过了。你就重新读取，再次尝试修改就好了。

（6）在硬件层面，大部分的现代处理器都已经支持原子化的CAS指令。在JDK 5.0以后，虚拟机便可以使用这个指令来实现并发操作和并发数据结构，并且，这种操作在虚拟机中可以说是无处不在。

/** * Atomically increments by one the current value. * * @return the updated value */  
    	public final int incrementAndGet() {   
    	    for (;;) {   
    	        //获取当前值 
    	        int current = get();  
    	        //设置期望值 
    	        int next = current + 1;  
    	        //调用Native方法compareAndSet，执行CAS操作 
    	        if (compareAndSet(current, next))  
    	            //成功后才会返回期望值，否则无线循环 
    	            return next;  
    	    }  
    	}

## 自旋锁 ##

自旋锁是采用让当前线程不停地的在循环体内执行实现的，当循环的条件被其他线程改变时 才能进入临界区。如下

private AtomicReference<Thread> sign =new AtomicReference<>();
    	public void lock() { 
    		Thread current = Thread.currentThread();
    		while (!sign.compareAndSet(null, current)) { 
              }
    	}
    	public void unlock() { 
    		Thread current = Thread.currentThread();
    		sign.compareAndSet(current, null);
    	}
    
    public class Test implements Runnable { 
    	static int sum;
    	private SpinLock lock;
    
    	public Test(SpinLock lock) { 
    		this.lock = lock;
    	}
    
    	/** * @param args * @throws InterruptedException */
    	public static void main(String[] args) throws InterruptedException { 
    		SpinLock lock = new SpinLock();
    		for (int i = 0; i < 100; i++) { 
    			Test test = new Test(lock);
    			Thread t = new Thread(test);
    			t.start();
    		}
    
    		Thread.currentThread().sleep(1000);
    		System.out.println(sum);
    	}
    
    	@Override
    	public void run() { 
    		this.lock.lock();
    		this.lock.lock();
    		sum++;
    		this.lock.unlock();
    		this.lock.unlock();
    	}
    
    }

当一个线程 调用这个不可重入的自旋锁去加锁的时候没问题，当再次调用lock()的时候，因为自旋锁的持有引用已经不为空了，该线程对象会误认为是别人的线程持有了自旋锁

使用了CAS原子操作，lock函数将owner设置为当前线程，并且预测原来的值为空。unlock函数将owner设置为null，并且预测值为当前线程。

当有第二个线程调用lock操作时由于owner值不为空，导致循环一直被执行，直至第一个线程调用unlock函数将owner设置为null，第二个线程才能进入临界区。

由于自旋锁只是将当前线程不停地执行循环体，不进行线程状态的改变，所以响应速度更快。但当线程数不停增加时，性能下降明显，因为每个线程都需要执行，占用CPU时间。如果线程竞争不激烈，并且保持锁的时间段。适合使用自旋锁。

## 分布式锁 ##

如果想在不同的jvm中保证数据同步，使用分布式锁技术。

有数据库实现、缓存实现、