三、共享模式之管程
9. 同步模式之保护性暂停
(1)定义
(2)不带超时的暂停 (代码)
(3)带超时的暂停(代码)
(4)Join 的源码 (底层和上面一样)
10. 异步模式之生产者消费者
(1)定义
(2)基本 (代码)
生产者,消费者的代码
Message 类,拿和取两个方法
多个线程,message对象,一个拿,一个取
11. park/unpark
(1)基本使用
它们是 LockSupport 类中的方法
(2)特点,与wait/notify的区别
wait,notify 和 notifyAll 必须配合Object Monitor一起使用,而park,unpark不必
park ,unpark 是以线程为单位来阻塞和唤醒线程,而 notify 只能随机唤醒一个等待线程,notifyAll 是唤醒所有等待线程,就不那么精确
park & unpark 可以先 unpark(下面有介绍),而 wait & notify 不能先 notify
park不会释放锁,而wait会释放锁
(3)park 的底层原理
每个线程都有一个自己的Park对象,并且该对象_counter, _cond,__mutex组成
情况一:先调用park再调用unpark时*
<1>先调用park
线程运行时,会将Park对象中的_counter的值设为0;
调用park时,会先查看counter的值是否为0,如果为0,则将线程放入阻塞队列cond中
放入阻塞队列中后,会再次将counter设置为0
<2>然后调用unpark
调用unpark方法后,会将counter的值设置为1
去唤醒阻塞队列cond中的线程
线程继续运行并将counter的值设为0
情况二:先调用unpark,再调用park*
<1>调用unpark
会将counter设置为1(运行时0)
<2>调用park方法
查看counter是否为0
因为unpark已经把counter设置为1,所以此时将counter设置为0,但不放入阻塞队列cond中
12. 线程中的状态转换
(1) 情况一:NEW –> RUNNABLE 。初始状态。*
当调用了t.start()方法时,由 NEW –> RUNNABLE
(2) 情况二: RUNNABLE <–> WAITING*
当调用了t 线程用 synchronized(obj) 获取了对象锁后
调用 obj.wait() 方法时,t 线程从 RUNNABLE –> WAITING
调用 obj.notify() , obj.notifyAll() , t.interrupt() 时
竞争锁成功,t 线程从 WAITING –> RUNNABLE
竞争锁失败,t 线程从 WAITING –> BLOCKED
(3)情况三:RUNNABLE <–> WAITING
当前线程调用 t.join() 方法时,当前线程从 RUNNABLE –> WAITING
注意是当前线程在t 线程对象的监视器上等待
t 线程运行结束,或调用了当前线程的 interrupt() 时,当前线程从 WAITING –> RUNNABLE
(4)情况四: RUNNABLE <–> WAITING
当前线程调用 LockSupport.park() 方法会让当前线程从 RUNNABLE –> WAITING
调用 LockSupport.unpark(目标线程) 或调用了线程 的 interrupt() ,会让目标线程从 WAITING –> RUNNABLE
(5)情况五: RUNNABLE <–> TIMED_WAITING
t 线程用 synchronized(obj) 获取了对象锁后
调用 obj.wait(long n) 方法时,t 线程从 RUNNABLE –> TIMED_WAITING
t 线程等待时间超过了 n 毫秒,或调用 obj.notify() , obj.notifyAll() , t.interrupt() 时
竞争锁成功,t 线程从 TIMED_WAITING –> RUNNABLE
竞争锁失败,t 线程从 TIMED_WAITING –> BLOCKED
(6)情况六:RUNNABLE <–> TIMED_WAITING
当前线程调用 t.join(long n) 方法时,当前线程从 RUNNABLE –> TIMED_WAITING
注意是当前线程在t 线程对象的监视器上等待
当前线程等待时间超过了 n 毫秒,或t 线程运行结束,或调用了当前线程的 interrupt() 时,当前线程从 TIMED_WAITING –> RUNNABLE
(7)情况七:RUNNABLE <–> TIMED_WAITING
当前线程调用 Thread.sleep(long n) ,当前线程从 RUNNABLE –> TIMED_WAITING
当前线程等待时间超过了 n 毫秒,当前线程从 TIMED_WAITING –> RUNNABLE
(8)情况八:RUNNABLE <–> TIMED_WAITING
当前线程调用 LockSupport.parkNanos(long nanos) 或 LockSupport.parkUntil(long millis) 时,当前线 程从 RUNNABLE –> TIMED_WAITING
调用 LockSupport.unpark(目标线程) 或调用了线程 的 interrupt() ,或是等待超时,会让目标线程从 TIMED_WAITING–> RUNNABLE
(9)情况九:RUNNABLE <–> BLOCKED。简单说线程获取锁失败(资源获取失败)便会进入BLOCKED状态。
t 线程用 synchronized(obj) 获取了对象锁时如果竞争失败,从 RUNNABLE –> BLOCKED
持 obj 锁线程的同步代码块执行完毕,会唤醒该对象上所有 BLOCKED 的线程重新竞争,如果其中 t 线程竞争 成功,从 BLOCKED –> RUNNABLE ,其它失败的线程仍然 BLOCKED
(10)情况十: RUNNABLE <–> TERMINATED。结束状态。
当前线程所有代码运行完毕,进入 TERMINATED
总结: 除了初始状态和结束状态。剩下的是从Runnable--> WAITING(TIMED_WAITING)。实现这种状态转换,包括一下几种方法。
- Thread方法。
- t类方法。当前线程调用t.join(), 当前线程进入阻塞状态。
- LockSupport方法。
- 对象方法,Object.wait()和notify()。o.wait()表示该资源缺少(释放锁),会使得线程进入waiting(timed waiting) 状态。o.notify()与之相反,表示该资源已经有了--> 可以runnable, 如何资源竞争失败,则为blocked。
13. 多把锁
将锁的粒度细分
class BigRoom {
//额外创建对象来作为锁
private final Object studyRoom = new Object();
private final Object bedRoom = new Object();
}
14. 活跃性
(1)定义
因为某种原因,使得代码一直无法执行完毕,这样的现象叫做活跃性
(2)死锁
<1>有这样的情况
一个线程需要同时获取多把锁,这时就容易发生死锁
发生死锁的必要条件
<2>互斥条件
在一段时间内,一种资源只能被一个进程所使用
请求和保持条件
进程已经拥有了至少一种资源,同时又去申请其他资源。因为其他资源被别的进程所使用,该进程进入阻塞状态,并且不释放自己已有的资源
不可抢占条件
进程对已获得的资源在未使用完成前不能被强占,只能在进程使用完后自己释放
循环等待条件
发生死锁时,必然存在一个进程——资源的循环链。
<3>哲学家就餐问题
锁对象环形,导致死锁
<4>避免死锁的方法
在线程使用锁对象时,顺序加锁即可避免死锁
(3)活锁
定义: 活锁出现在两个线程互相改变对方的结束条件,后谁也无法结束。
避免活锁的方法: 在线程执行时,中途给予不同的间隔时间即可
死锁与活锁的区别: (1)死锁是因为线程互相持有对象想要的锁,并且都不释放,最后到时线程阻塞,停止运行的现象。(2)活锁是因为线程间修改了对方的结束条件,而导致代码一直在运行,却一直运行不完的现象。
(4)饥饿
某些线程因为优先级太低,导致一直无法获得资源的现象。
在使用顺序加锁时,可能会出现饥饿现象
15. ReentrantLock(新的锁)关键字和原理(原理部分在后面介绍)
(1)synchronized相比
<1>相同的地方:
l 可重入。与 synchronized 一样,都支持
<2>不同的地方:
- 可中断
- 可以设置超时时间
- 可以设置为公平锁 (先到先得)
- 支持多个条件变量( 具有多个waitset)
(2)基本语法
// 获取锁
reentrantLock.lock();
try {
// 临界区
} finally {
// 释放锁
reentrantLock.unlock();
}
(3)可重入
可重入是指同一个线程如果首次获得了这把锁,那么因为它是这把锁的拥有者,因此有权利再次获取这把锁。如果是不可重入锁,那么第二次获得锁时,自己也会被锁挡住。
(4)可打断
模式一:不可打断。在此模式下,即使它被打断,仍会驻留在 AQS 队列中,一直要等到获得锁后方能得知自己被打断了
模式二:可打断。
ReentrantLock的lockInterruptibly()方法可以在等锁的过程中被interrupt打断,结束等待。另外,synchronized不可打断指的是synchronized等待不可中断,或者说只有获取到锁之后才能中断。
什么情况下可被中断?
根据Java文档,判断方法很简单:只要调用的方法抛出InterruptedException异常,那么它就可以被中断;不抛出InterruptedException的方法是不可中断的。
(5)锁超时
使用lock.tryLock方法会返回获取锁是否成功。如果成功则返回true,反之则返回false。并且tryLock方法可以指定等待时间,参数为:tryLock(long timeout, TimeUnit unit), 其中timeout为最长等待时间,TimeUnit为时间单位。简而言之就是:获取失败了、获取超时了或者被打断了,不再阻塞,直接停止运行。
(6)公平锁
在线程获取锁失败,进入阻塞队列时,先进入的会在锁被释放后先获得锁。这样的获取方式就是公平的。默认是不公平锁,需要在创建时指定为公平锁
(7)条件变量
synchronized 中也有条件变量,就是我们讲原理时那个 waitSet 休息室,当条件不满足时进入waitSet 等待。ReentrantLock 的条件变量比 synchronized 强大之处在于,它是支持多个条件变量的,这就好比synchronized 是那些不满足条件的线程都在一间休息室等消息。而 ReentrantLock 支持多间休息室,有专门等烟的休息室、专门等早餐的休息室、唤醒时也是按休息室来唤醒,而不是同意唤醒。
使用要点:
await 前需要获得锁
await 执行后,会释放锁,进入 conditionObject 等待
await 的线程被唤醒(或打断、或超时)取重新竞争 lock 锁
竞争 lock 锁成功后,从 await 后继续执
16. 同步模式之顺序控制 (代码)
(1)固定顺序
Wait/ notify ( 布尔值控制 true<-->false)
Park/ unpark
(2)交替顺序
Wait/ notify (a,b,c 控制)
Park/ unpark
Await/signal ( Reentrantlock)