可重入锁,不可重入锁,死锁的多种情况,以及产生的原因,如何解决,synchronized采用的锁策略(渣女圣经)自适应的底层,锁清除,锁粗化,CAS的部分应用

news2024/12/23 14:23:41

 一、💛

锁策略——接上一篇

6.分为可重入锁,不可重入锁

如果一个线程,针对一把锁,连续加锁两次,会出现死锁,就是不可重入锁,不会出现死锁,就是可重入锁。

如果一个线程,针对一把锁,连续加锁两次,如果产生了死锁,就是不可重入锁😄

public class Demo5 {
    public static void main(String[] args) {
        Thread t=new Thread(new Runnable() {
            int count=0;
            @Override
            public synchronized void run() {    //加了一层锁
                synchronized (this){            //加了第二次锁
                    count++;
                }
                System.out.println(count);
            }
        });
       t.start();
    }
}

那么我们来解释一下什么叫做死锁呢?

public synchronized void run() {    //加了一层锁
                synchronized (this){            //加了第二次锁
                    count++;
                }

这个代码中,调用方法先针对this加锁,此时假设加锁成功了,接下来到往下执行代码块中的this来进行加锁,此时就会出现锁竞争,this已经处于锁状态了,此时该线程就会阻塞~一直阻塞到锁被释放,才能有机会拿到锁。

这也是死锁第一个体现:this这个锁必须要run执行完毕,才能释放,但是要想执行完事,这个第二次加锁就应该加上,方法才可以执行,但是第二次想加上第一个就应该放锁,所以由于this锁没法释放,代码就卡在这里了,因此线程数量就僵住了。

还好synchronized是可重入锁,JVM帮我们承担了很多的任务

这里卡死就很不科学的一种情况,第二次尝试加锁的时候,该线程已经有了这个锁的权限了~~这个时候,不应该加锁失败,不应该进行阻塞等待的~

不可重入锁:这把锁不会保存,哪个线程加上的锁,只要他当前处于加锁状态之后,收到了‘加锁的请求’,就会拒绝当前加锁,而不管当下线程是哪个,就会产生死锁。 🌝

可重入锁:会让这个锁保存,是哪个线程加的锁,后续收到加锁请求之后,就会先对比一下,看看加锁的线程是不是当前持有自己这把锁的线程~~这个时候就可以灵活判定了。

那么该如何对比捏🌚

synchronized(this){
      synchronized(this){
           synchronized(this){
······
                ->执行到这个代码,出了这个代码,刚才加上的锁,是否要释放?
      }       如果最里面的释放了锁,意味着最外面的synchronized和中间的synchronized后
}           续的代码部分就没有处在锁的保护之中了

真正要在这个地方释放锁,如加锁N层遇到了 } , JVM如何知道是最后一个呢,整一个整型变量,记录当前这个线程加了几次锁,每遇到一个加锁操作,计数器+1,每遇到一个解锁操作,就-1,当计数器减为0时,才真正执行释放锁操作,其他时候时不释放的。这一个思想就叫做‘引用计数’🐲🐲🐲(脑力+10000,人类进化不带我)

注补充:静态方法是针对类加锁,普通方法是针对this加锁


二、💙

死锁的详细介绍:两次加锁,都是同一个线程

死锁的三种典型情况;

1.一个线程,一把锁,但是不可入锁,该线程针对这个锁联系加两次就会出现死锁。

2.两个锁,两个锁,这两个县层先分别获取一把锁,然后再尝试分别获取对方的锁(

比如我拿了酱油要炫饺子,小杨拿醋,我让他把醋先给我,然后我一起给你,小杨一拍桌子,凭啥先给你,你多个啥?),如下图,双方陷入死循环中

 

public class Demo5 {
    public static Object  locker1=new Object();
    public static Object  locker2=new Object();
    public static void main(String[] args) {
        Thread t1=new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public synchronized void run() {
                synchronized (locker1) {           //给1加锁
                    System.out.println("s1.start");
                    try {
                        Thread.sleep(1000);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }

                    synchronized (locker2) {    //没有放弃1的锁
                        System.out.println("s2.over");
                    }
                }
            }
        });
       t1.start();
        Thread t2=new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public synchronized void run() {
                synchronized (locker2) {         //給2加锁
                    System.out.println("t2.start");
                    try {
                        Thread.sleep(1000);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }

                    synchronized (locker1) {     //没有放弃2的锁
                        System.out.println("t1.over");
                    }
                }
            }
        });
        t2.start();
    }
}

3.N个线程,M把锁:

(哲学家就餐问题)


 三、💜

如何应该避免死锁呢?先明确死锁产生的原因,死锁的必要条件(缺一不可)

1.互斥使用:一个线程获取到一把锁之后,别的线程不能获取到这个锁。(实际使用的锁,一般都是互斥的锁的基本特性)

2.不可抢占:锁只能被持有者主动释放,而不能是其他线程直接抢走(也是锁的基本特性)

3.请求和保持:这一个线程尝试获取多把锁,在获取第二把时候,会保持对第一把的获取状态(取决于代码结构)比如刚才写的,我只要让他获取完第一把再释放,在获取第二把,这样不发生冲突,但是可能会影响需求。

4.循环等待:t1尝试获取locker2,需要t2执行完释放locker2,t2尝试获取locker1,需要t1执行完毕,释放locker1(取决于代码结构)

我们的解决方式趋向于解决第四种(打破循环等待,如何具体实现解决死锁,实际方法有很多)

首先就是银行家算法(杀牛刀了属于,复杂,没必要会)

简单有效方法:针对锁进行编号,且规定加锁的顺序,只要线程加锁的顺讯,都严格执行上述顺序,就没有循环等待。

如下:

一般面试我们主动点:  问到死锁捡着了,细细的答,给他讲,让他觉得你是理解的

1.什么是死锁。           

2.死锁的几个典型场景

3.死锁产生的必要条件

4.如何解决死锁的问题

 


四、 ❤️

synchronized具体采用了哪些锁策略呢?

1.既是悲观锁,又是乐观锁

2.既是重量级锁,又是轻量级锁

3.重量级锁部分是基于多系统互斥锁实现的,轻量级锁部分是基于自旋锁实现的

4.synchronized是非公平锁(不会遵守先来后到,锁释放之后,哪个线程拿到锁个凭本事

5.synchronized是可重入锁(内部会记录哪个线程拿到了锁,记录引用计数)

6.synchronized不是读写锁

synchronized-内部实现策略(自适应)

讲解一下自适应:代码中写了一个synchhronized之后,可能产生一系列自适应的过程,锁升级(锁膨胀)

无锁->偏向锁->轻量级锁->重量级锁

偏向锁,不是真的加锁,而只是做了一个标记,如果有别的线程来竞争锁,才会真的加锁,如果没有别的线程竞争,就自始至终都不加锁了(渣女心态,没人来追你,我就钓鱼,你要是被追了,我先给你个身份,让别人别靠近你。)——当然加锁本身也有一定消耗

偏向锁在没人竞争的时候就是一个简单的(轻量的)标记,如果有别的线程来尝试加锁,就立即把偏向锁升级成真正加锁,让别人阻塞等待(能不加锁就不加锁)

轻量级锁-synchronized通过自旋锁的方式实现轻量级锁——这边把锁占据了,另一个线程按照自旋的方式(这个锁操作比较耗cpu,如果能够快速拿到锁,多耗点也不亏),来反复查询当前的锁状态是不是被释放,但是后续,如果竞争这把锁的线程越来越多了(锁冲突更加激烈了),从轻量锁,升级到重量级锁~随着竞争激烈,即使前一个线程释放锁,也不一定能够拿到锁,何时能拿到,时间可能比较久了会

 💖💖💖💖💖💖💖💖💖💖💖💖💖💖💖💖💖💖💖💖💖💖💖💖💖💖💖💖

锁清除:编译器,会智能的判断,当前这个代码,是否有必要加锁,如果你写了加锁,但实际没必要加锁,就会自动清除锁

如:单个线程使用StringBuffer编译器进行优化,是保证优化之后的逻辑和之前的逻辑是一致的,这样就会让代码优化变的保守起来~~咱们猿们也不能指望编译器优化,来提升代码效率,自己也要有作用,判断何时加锁,也是咱们非常重要的工作。

锁粗化:

关于锁的粒度,锁中操作包含代码多:锁粒就大

//1号       全写的是伪代码
和2号比较明显是2号的粒度更大
for(
synchronized(this){
   count++}
}

//2号
synchronized(this){
for{
count++
  }
}





锁粒大,锁粒小各有好处:

锁粒小,并发程度会更高,效率也会更快

锁粒大,是因为加锁本身就有开销。(如同打电话,打一次就行,老打电话也不好)

上述的都是基本面试题


五、💚

CAS全称(Compare and swap) 字面意思:比较并且交换

能够比较和交换,某个寄存器中的值和内存中的值,看是否相等,如果相等就把另一个寄存器中的值和内存进行交换

boolean CAS(address,expectValue,swapValue){
   if(&address==expectValue){         //这个&相当于C语言中的*,看他两个是否相等
      &address=swapValue;             //相等就换值
      return true;                 
}
      return false;

此处严格的说是,adress内存的值和swapValue寄存器里的值,进行交换,但是一般我们重点关注的是内存中的值,寄存器往往作为保存临时数据的方式,这里的值是啥,很多时候我们选择是忽略的。

这一段逻辑是通过一条cpu指令完成的(原子的,或者说确保原子性)给我们编写线程安全代码,打开了新的世界。

CAS的使用

1.实现原子类:多线程针对一个count++,在java库中,已经提供了一组原子类

java.util.concurrent(并发的意思).atomic

AtomicInteger,AtomicLong,提供了自增/自减/自增任意值,自减任意值··,这些操作可以基于CAS按照无锁编程的方式来实现。

如:for(int i=0;i<5000;i++){

count.getAndIncrement();                         //count++

count.incrementAndGet();                        //++count

count.getAndDecrement();                      //count--

count.decrementAndGet()                      //--count

}

import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;

public class Demo6 {
    public  static AtomicInteger count=new AtomicInteger(0);    //这个类的初值呗
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread t1=new Thread(()->{
            for (int i=0;i<500;i++){
                count.getAndIncrement();
            }
        });
        Thread t2=new Thread(()->{
            for (int i=0;i<500;i++){
                count.getAndIncrement();
            }
        });
        t1.start();
        t2.start();
 
        t1.join();            //注意要等待两个线程都结束再开始调用
        t2.join();
        System.out.println(count);


    }
}

上述原子类就是基于CAS完成的

当两个线程并发的线程执行++的时候,如果加限制,意味着这两个++是串行的,能计算正确的,有时候者两个++操作是穿插的,这个时候是会出现问题的

加锁保证线程安全:通过锁,强制避免出现穿插~~

原子类/CAS保证线程安全,借助CAS来识别当前是否出现穿插的情况,如果没有穿插,此时直接修改就是安全的,如果出现了穿插,就会重新读取内存中最新的值,再次尝试修改。

部分源码合起来的意思就是 

public int getAndIncrement(){
       int oldValue=value;       //先储存值,防止别的线程偷摸修改之后,无法恢复到之前的值

        while(CAS(Value,oldValue,OldValue+1)!=true){  //检查是否线程被别的偷摸修改了
             //上面的代码是Value是否等于oldValue,假如等于就把Value赋值OldValue+1
              oldValue=value;                        //假如修改了就恢复了原来的样子
            }
        return oldValue;}

 

假如这种情况,刚开始设置value=0, 

CAS是一个指令,这个指令本身是不能够拆分的。

是否可能会出现,两个线程,同时在两个cpu上?微观上并行的方式来执行,CAS本身是一个单个的指令,这里其实包含了访问操作,当多个cpu尝试访问内存的时候,本质也是会存在先后顺序的。

就算同时执行到CAS指令,也一定有一个线程的CAS先访问到内存,另一个后访问到内存

为啥CAS访问内存会有先后呢?

多个CPU在操作同一个资源,也会涉及到锁竞争(指令级别的锁),是比我们平时说的synchronized代码级别的锁要轻量很多(cpu内部实现的机制) 

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