多线程很容易访问共享的资源,所以需要锁定,防止某线程正在用的被其他线程调用,所以需要先锁定该区域,用完了再释放。这就是锁的概念
可重入锁又名递归锁,是指在同一个线程在外层方法获取锁的时候,在进入内层方法会自动获取锁(就是可以重新进入获得锁)对于Java ReentrantLock而言, 其名字是Reentrant Lock即是重新进入锁。对于synchronized而言,也是一个可重入锁。可重入锁的一个好处是可一定程度避免死锁
synchronized void setA() throws Exception{
Thread.sleep(1000);
setB();
}
synchronized void setB() throws Exception{
Thread.sleep(1000);
}
上面的代码就是一个可重入锁的一个特点,如果不是可重入锁的话,setB可能不会被当前线程执行,可能造成死锁。
独享锁是指该锁一次只能被一个线程所持有;共享锁是指该锁可被多个线程所持有
对于Java ReentrantLock而言,其是独享锁。但是对于Lock的另一个实现类ReadWriteLock,其读锁是共享锁,其写锁是独享锁。读锁的共享锁可保证并发读是非常高效的,读写、写读 、写写的过程是互斥的。独享锁与共享锁也是通过AQS来实现的,通过实现不同的方法,来实现独享或者共享。对于synchronized而言,当然是独享锁。
独享锁/共享锁就是一种广义的说法,互斥锁/读写锁就是具体的实现。互斥锁在Java中的具体实现就是ReentrantLock;读写锁在Java中的具体实现就是Read/WriteLock。
乐观锁与悲观锁不是指具体的什么类型的锁,而是指看待并发同步的角度。
分段锁其实是一种锁的设计,并不是具体的一种锁,对于ConcurrentHashMap而言,其并发的实现就是通过分段锁的形式来实现高效的并发操作,ConcurrentHashMap中的分段锁称为Segment,它即类似于HashMap(JDK7与JDK8中HashMap的实现)的结构,即内部拥有一个Entry数组,数组中的每个元素又是一个链表;同时又是一个ReentrantLock(Segment继承了ReentrantLock)。当需要put元素的时候,并不是对整个HashMap进行加锁,而是先通过hashcode来知道他要放在那一个分段中,然后对这个分段进行加锁,所以当多线程put的时候,只要不是放在一个分段中,就实现了真正的并行的插入。但是,在统计size的时候,可就是获取HashMap全局信息的时候,就需要获取所有的分段锁才能统计。
分段锁的设计目的是细化锁的粒度,当操作不需要更新整个数组的时候,就仅仅针对数组中的一项进行加锁操作。
这三种锁是指锁的状态,并且是针对synchronized。在Java 5通过引入锁升级的机制来实现高效synchronized。这三种锁的状态是通过对象监视器在对象头中的字段来表明的。
在Java中,自旋锁是指尝试获取锁的线程不会立即阻塞,而是采用循环的方式去尝试获取锁,这样的好处是减少线程上下文切换的消耗,缺点是循环会消耗CPU
AbstractQueuedSynchronizer,类如其名,抽象的队列式的同步器,AQS定义了一套多线程访问共享资源的同步器框架,许多同步类实现都依赖于它,如常用的ReentrantLock/Semaphore/CountDownLatch…
它维护了一个volatile int state(代表共享资源)和一个FIFO线程等待队列(多线程争用资源被阻塞时会进入此队列)。这里volatile是核心关键词,具体volatile的语义,在此不述。state的访问方式有三种:
AQS定义两种资源共享方式:Exclusive(独占,只有一个线程能执行,如ReentrantLock)和Share(共享,多个线程可同时执行,如Semaphore/CountDownLatch)
不同的自定义同步器争用共享资源的方式也不同。自定义同步器在实现时只需要实现共享资源state的获取与释放方式即可,至于具体线程等待队列的维护(如获取资源失败入队/唤醒出队等),AQS已经在顶层实现好了。
自定义同步器实现时主要实现以下几种方法:
以ReentrantLock为例,state初始化为0,表示未锁定状态。A线程lock()时,会调用tryAcquire()独占该锁并将state+1。此后,其他线程再tryAcquire()时就会失败,直到A线程unlock()到state=0(即释放锁)为止,其它线程才有机会获取该锁。当然,释放锁之前,A线程自己是可以重复获取此锁的(state会累加),这就是可重入的概念。但要注意,获取多少次就要释放多么次,这样才能保证state是能回到零态的。
再以CountDownLatch以例,任务分为N个子线程去执行,state也初始化为N(注意N要与线程个数一致)。这N个子线程是并行执行的,每个子线程执行完后countDown()一次,state会CAS减1。等到所有子线程都执行完后(即state=0),会unpark()主调用线程,然后主调用线程就会从await()函数返回,继续后余动作。
一般来说,自定义同步器要么是独占方法,要么是共享方式,他们也只需实现tryAcquire-tryRelease、tryAcquireShared-tryReleaseShared中的一种即可。但AQS也支持自定义同步器同时实现独占和共享两种方式,如ReentrantReadWriteLock
acquire(int)此方法是独占模式下线程获取共享资源的顶层入口。如果获取到资源,线程直接返回,否则进入等待队列,直到获取到资源为止,且整个过程忽略中断的影响。这也正是lock()的语义
acquire(int)方法源码解读
public final void acquire(int arg) {
if (!tryAcquire(arg) &&
acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg))
selfInterrupt();
}
①调用自定义同步器的tryAcquire()尝试直接去获取资源,如果成功则直接返回;
②没成功,则addWaiter()(此方法用于将当前线程加入到等待队列的队尾)将该线程加入等待队列的尾部,并标记为独占模式;
③acquireQueued()使线程在等待队列中休息,有机会时(轮到自己,会被unpark())会去尝试获取资源。获取到资源后才返回。如果在整个等待过程中被中断过,则返回true,否则返回false。
④如果线程在等待过程中被中断过,它是不响应的。只是获取资源后才再进行自我中断selfInterrupt(),将中断补上
CAS(Compare and Swap 比较并交换)是乐观锁技术,当多个线程尝试使用CAS同时更新同一个变量时,只有其中一个线程能更新变量的值,而其它线程都失败,失败的线程并不会被挂起,而是被告知这次竞争中失败,并可以再次尝试。
CAS 操作包含三个操作数 —— 内存位置(V)、预期原值(A)和新值(B)
1.如果内存位置的值与预期原值相匹配,那么处理器会自动将该位置值更新为新值 。否则,处理器不做任何操作。无论哪种情况,它都会在CAS指令之前返回该位置的值。(在 CAS 的一些特殊情况下将仅返回 CAS 是否成功,而不提取当前值。)
CAS 有效地说明了“我认为位置 V 应该包含值 A;如果包含该值,则将 B 放到这个位置;否则,不要更改该位置,只告诉我这个位置现在的值即可。”
在JDK1.5中新增java.util.concurrent包就是建立在CAS之上的。相对于对于synchronized 这种阻塞算法,CAS是非阻塞算法的一种常见实现。所以java.util.concurrent在性能上有了很大的提升。
以java.util.concurrent包中的AtomicInteger为例,看一下在不使用锁的情况下是如何保证线程安全的。主要理解 getAndIncrement方法,该方法的作用相当于 ++i 操作。
public class AtomicInteger extends Number implements java.io.Serializable {
private volatile int value;
public final int get() {
return value;
}
public final int getAndIncrement() {
for (;;) {
int current = get();
int next = current + 1;
if (compareAndSet(current, next))
return current;
}
}
public final boolean compareAndSet(int expect, int update) {
return unsafe.compareAndSwapInt(this, valueOffset, expect, update);
}
}
1、ABA 问题:
线程T1从从内存位置 V 中取出 A,
①线程 T2 也从内存中取出 A,并且T2进行了一些操作变成了 B,又将V位置的数据变成 A
②这时候线程T1进行 CAS 操作发现内存中仍然是 A,然后线程T1操作成功
③尽管线程T1的 CAS 操作成功,但可能存在潜藏的问题
从Java1.5 开始 JDK 的 atomic包里提供了一个类 AtomicStampedReference 来解决 ABA 问题。
2、循环时间长开销大:
对于资源竞争严重(线程冲突严重)的情况,CAS 自旋的概率会比较大,从而浪费更多的 CPU 资源,效率低于 synchronized。
3、只能保证一个共享变量的原子操作:
当对一个共享变量执行操作时,我们可以使用循环 CAS 的方式来保证原子操作,但是对多个共享变量操作时,循环 CAS 就无法保证操作的原子性,这个时候就可以用锁
java.util.concurrent.locks.Lock 是一个类似于synchronized 块的线程同步机制。但是 Lock比 synchronized 块更加灵活。Lock是个接口,有个实现类是ReentrantLock
ReentrantLock(重新进入锁定),是一个可重入且独占式的锁,它具有与使用synchronized监视器锁相同的基本行为和语义,但与synchronized关键字相比,它更灵活、更强大,增加了轮询、超时、中断等高级功能。默认为非公平锁
ReentrantLock的内部类Sync继承了AQS,分为公平锁FairSync和非公平锁NonfairSync
1.如果在绝对时间上,先对锁进行获取的请求你一定先被满足,那么这个锁是公平的,反之,是不公平的。
2.公平锁的获取,也就是等待时间最长的线程最优先获取锁,也可以说锁获取是顺序的。ReentrantLock的公平与否,可以通过它的构造函数来决定。
实现重进入
重进入是指任意线程在获取到锁之后能够再次获取该锁而不会被锁阻塞,该特性的首先需要解决以下两个问题(锁获取和锁释放):
获取锁
ReentrantLock的默认构造函数为:
public ReentrantLock() {
sync = new NonfairSync();
}
即内部同步组件为非公平锁,获取锁的代码为:
public void lock() {
sync.lock();
}
通过简介中的类图可以看到,Sync类是ReentrantLock自定义的同步组件,它是ReentrantLock里面的一个内部类,它继承自AQS,它有两个子类:公平锁FairSync和非公平锁NonfairSync。ReentrantLock的获取与释放锁操作都是委托给该同步组件来实现的。下面我们来看一看非公平锁的lock()方法:
final void lock() {
if (compareAndSetState(0, 1))
setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread());
else
acquire(1);
}
该程序首先会通过compareAndSetState(int, int)方法来尝试修改同步状态,如果修改成功则表示获取到了锁,然后调用setExclusiveOwnerThread(Thread)方法来设置获取到锁的线程,该方法是继承自AbstractOwnableSynchronizer类,AQS继承自AOS类,它的主要作用就是记录获取到独占锁的线程 AOS类的定义很简单:
public abstract class AbstractOwnableSynchronizer
implements java.io.Serializable {
private static final long serialVersionUID = 3737899427754241961L;
protected AbstractOwnableSynchronizer() {
}
// The current owner of exclusive mode synchronization.
private transient Thread exclusiveOwnerThread;
protected final void setExclusiveOwnerThread(Thread thread) {
exclusiveOwnerThread = thread;
}
protected final Thread getExclusiveOwnerThread() {
return exclusiveOwnerThread;
}
}
如果同步状态修改失败,则表示没有获取到锁,需要调用acquire(int)方法,该方法定义在AQS中,如下:
public final void acquire(int arg) {
if (!tryAcquire(arg) &&
acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg))
selfInterrupt();
}
tryAcquire(int)是子类需要重写的方法,在非公平锁中的实现如下:
protected final boolean tryAcquire(int acquires) {
return nonfairTryAcquire(acquires);
}
final boolean nonfairTryAcquire(int acquires) {
// 获取当前线程
final Thread current = Thread.currentThread();
// 获取同步状态
int c = getState();
// 同步状态为0,表示没有线程获取锁
if (c == 0) {
// 尝试修改同步状态
if (compareAndSetState(0, acquires)) {
// 同步状态修改成功,获取到锁
setExclusiveOwnerThread(current);
return true;
}
}
// 同步状态不为0,表示已经有线程获取了锁,判断获取锁的线程是否为当前线程
else if (current == getExclusiveOwnerThread()) {
// 获取锁的线程是当前线程
int nextc = c + acquires;
if (nextc < 0) // overflow
throw new Error("Maximum lock count exceeded");
setState(nextc);
return true;
}
// 获取锁的线程不是当前线程
return false;
}
nonfairTryAcquire(int)方法首先判断同步状态是否为0,如果是0,则表示该锁还没有被线程持有,然后通过CAS操作获取同步状态,如果修改成功,返回true。如果同步状态不为0,则表示该锁已经被线程持有,需要判断当前线程是否为获取锁的线程,如果是则获取锁,成功返回true。成功获取锁的线程再次获取该锁,只是增加了同步状态的值,这也就实现了可重入锁。
释放锁
成功获取锁的线程在完成业务逻辑之后,需要调用unlock()来释放锁:
public void unlock() {
sync.release(1);
}
unlock()调用NonfairSync类的release(int)方法释放锁,release(int)方法是定义在AQS中的方法:
public final boolean release(int arg) {
if (tryRelease(arg)) {
Node h = head;
if (h != null && h.waitStatus != 0)
unparkSuccessor(h);
return true;
}
return false;
}
tryRelease(int)是子类需要实现的方法:
方法作用独占方式。尝试释放资源,成功则返回true,失败则返回false
protected final boolean tryRelease(int releases) {
// 计算新的状态值
int c = getState() - releases;
// 判断当前线程是否是持有锁的线程,如果不是的话,抛出异常
if (Thread.currentThread() != getExclusiveOwnerThread())
throw new IllegalMonitorStateException();
boolean free = false;
// 新的状态值是否为0,若为0,则表示该锁已经完全释放了,其他线程可以获取同步状态了
if (c == 0) {
free = true;
setExclusiveOwnerThread(null);
}
// 更新状态值
setState(c);
return free;
}
如果该锁被获取n次,那么前(n-1)次tryRelease(int)方法必须返回false,只有同步状态完全释放了,才能返回true。可以看到,该方法将同步状态是否为0作为最终释放的条件,当状态为0时,将占有线程设为null,并返回true,表示释放成功
读写锁内部维护了两个锁,一个用于读操作,一个用于写操作。所有 ReadWriteLock实现都必须保证 writeLock操作的内存同步效果也要保持与相关 readLock的联系。也就是说,成功获取读锁的线程会看到写入锁之前版本所做的所有更新
ReentrantReadWriteLock支持以下功能:
1)支持公平和非公平的获取锁的方式;
2)支持可重入。读线程在获取了读锁后还可以获取读锁;写线程在获取了写锁之后既可以再次获取写锁又可以获取读锁;
3)还允许从写入锁降级为读取锁,其实现方式是:先获取写入锁,然后获取读取锁,最后释放写入锁。但是,从读取锁升级到写入锁是不允许的;
4)读取锁和写入锁都支持锁获取期间的中断;
5)Condition支持。仅写入锁提供了一个 Conditon 实现;读取锁不支持 Conditon ,readLock().newCondition() 会抛出 UnsupportedOperationException。
import java.util.HashMap;
import java.util.Map;
import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantReadWriteLock;
public class Test {
public static void main(String[] args){
for(int i = 0; i < 10; i++){
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
Cache.put("key", new String(Thread.currentThread().getName() + " joke"));
}
}, "threadW-"+ i).start();
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
System.out.println(Cache.get("key"));
}
}, "threadR-"+ i).start();
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
Cache.clear();
}
}, "threadC-"+ i).start();
}
}
}
class Cache {
static Map<String, Object> map = new HashMap<String, Object>();
static ReentrantReadWriteLock rwl = new ReentrantReadWriteLock();
static Lock r = rwl.readLock();
static Lock w = rwl.writeLock();
// 获取一个key对应的value
public static final Object get(String key) {
r.lock();
try {
System.out.println("get " + Thread.currentThread().getName());
return map.get(key);
} finally {
r.unlock();
}
}
// 设置key对应的value,并返回旧有的value
public static final Object put(String key, Object value) {
w.lock();
try {
System.out.println("put " + Thread.currentThread().getName());
return map.put(key, value);
} finally {
w.unlock();
}
}
// 清空所有的内容
public static final void clear() {
w.lock();
try {
System.out.println("clear " + Thread.currentThread().getName());
map.clear();
} finally {
w.unlock();
}
}
}
文章浏览阅读645次。这个肯定是末尾的IDAT了,因为IDAT必须要满了才会开始一下个IDAT,这个明显就是末尾的IDAT了。,对应下面的create_head()代码。,对应下面的create_tail()代码。不要考虑爆破,我已经试了一下,太多情况了。题目来源:UNCTF。_攻防世界困难模式攻略图文
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