Java多线程并发编程和锁原理解析

这篇文章主要介绍了Java多线程并发编程和锁原理解析,文中通过示例代码介绍的非常详细,对大家的学习或者工作具有一定的参考学习价值,需要的朋友可以参考下

一.前言

  最近项目遇到多线程并发的情景(并发抢单&恢复库存并行),代码在正常情况下运行没有什么问题,在高并发压测下会出现:库存超发/总库存与sku库存对不上等各种问题。

  在运用了 限流/加锁等方案后,问题得到解决。

  加锁方案见下文。

二.乐观锁 & 悲观锁

  1.乐观锁

   顾名思义,就是很乐观,每次去拿数据的时候都认为别人不会修改,所以不会上锁,但是在更新的时候会判断一下在此期间别人有没有去更新这个数据,可以使用版本号(version)等机制。

   例如:mybatis-plus 自带插件OptimisticLockerInterceptor,在数据库表加上一个version字段,每次更新完数据库mp会自动在version字段上加1,如果在更新提交的时候发现version字段的值与数据库中最新的值不一致,则提交失败。

  2.悲观锁

   悲观锁总是假设会出现最坏的情况,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阻塞直到它拿到锁。

   传统的MySQL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。

   Java的同步synchronized关键字的实现就是典型的悲观锁。

  3.总结

   悲观锁适合写操作多的场景,先加锁可以保证写操作时数据正确。

   乐观锁适合读操作多的场景,不加锁的特点能够使其读操作的性能大幅提升。

三.独占锁 & 共享锁

  1.独占锁

    是指该锁一次只能被一个线程所持有。

    例如:Synchronized 和 ReentrantLock ,它们同时也是悲观锁

   2.共享锁

    是指该锁可被多个线程所持有,允许多个线程同时去获取。

    例如:Semaphore 和 ReadWriteLock 和 countdownlatch,其读锁是共享锁,写锁是独享锁。

   3.总结

    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。

四.公平锁 & 非公平锁

  1.公平锁

   加锁前先查看是否有排队等待的线程,有的话优先处理排在前面的线程,先来先得。

  2.非公平锁

   线程加锁时直接尝试获取锁,获取不到就自动到队尾等待。

  3.总结

   更多的是直接使用非公平锁:非公平锁比公平锁性能高5-10倍,因为公平锁需要在多核情况下维护一个队列,如果当前线程不是队列的第一个无法获取锁,增加了线程切换次数。

五.java线程锁

  由于多个线程是共同占有所属进程的资源和地址空间的,那么就会存在一个问题:如果多个线程要同时访问某个资源,怎么处理?

  在Java并发编程中,经常遇到多个线程访问同一个共享资源 ,这时候作为开发者必须考虑如何维护数据一致性,这就是Java锁机制(同步问题)的来源。

  Java提供了多种多线程锁机制的实现方式,常见的有:

  •   synchronized
  •   ReentrantLock
  •   Semaphore
  •   AtomicInteger等

    每种机制都有优缺点与各自的适用场景,必须熟练掌握他们的特点才能在Java多线程应用开发时得心应手。

  1.Synchronized

  在Java中synchronized关键字被常用于维护数据一致性。synchronized机制是给共享资源上锁,只有拿到锁的线程才可以访问共享资源,这样就可以强制使得对共享资源的访问都是顺序的。

   Java开发人员都认识synchronized,使用它来实现多线程的同步操作是非常简单的,只要在需要同步的对方的方法、类或代码块中加入该关键字,它能够保证在同一个时刻最多只有一个线程执行同一个对象的同步代码,可保证修饰的代码在执行过程中不会被其他线程干扰。使用synchronized修饰的代码具有原子性和可见性,在需要进程同步的程序中使用的频率非常高,可以满足一般的进程同步要求。  

 synchronized (obj) {
    //方法
    …….
  }

synchronized实现的机理依赖于软件层面上的JVM,因此其性能会随着Java版本的不断升级而提高。

到了Java1.6,synchronized进行了很多的优化,有适应自旋、锁消除、锁粗化、轻量级锁及偏向锁等,效率有了本质上的提高。在之后推出的Java1.7与1.8中,均对该关键字的实现机理做了优化。

需要说明的是,当线程通过synchronized等待锁时是不能被Thread.interrupt()中断的,因此程序设计时必须检查确保合理,否则可能会造成线程死锁的尴尬境地。

最后,尽管Java实现的锁机制有很多种,并且有些锁机制性能也比synchronized高,但还是强烈推荐在多线程应用程序中使用该关键字,因为实现方便,后续工作由JVM来完成,可靠性高。只有在确定锁机制是当前多线程程序的性能瓶颈时,才考虑使用其他机制,如ReentrantLock等。

总结:在资源竞争不是很激烈的情况下,偶尔会有同步的情形下,synchronized是很合适的。原因在于,编译程序通常会尽可能的进行优化synchronize,另外可读性非常好。

2.ReentrantLock

  可重入锁,顾名思义,这个锁可以被线程多次重复进入进行获取操作。

  ReentantLock继承接口Lock并实现了接口中定义的方法,除了能完成synchronized所能完成的所有工作外,还提供了诸如可响应中断锁、可轮询锁请求、定时锁等避免多线程死锁的法。

  Lock实现的机理依赖于特殊的CPU指定,可以认为不受JVM的约束,并可以通过其他语言平台来完成底层的实现。在并发量较小的多线程应用程序中,ReentrantLock与synchronized性能相差无几,但在高并发量的条件下,synchronized性能会迅速下降几十倍,而ReentrantLock的性能却能依然维持一个水准。

  因此我们建议在高并发量情况下使用ReentrantLock。

  ReentrantLock引入两个概念:公平锁与非公平锁。

  公平锁指的是锁的分配机制是公平的,通常先对锁提出获取请求的线程会先被分配到锁。反之,JVM按随机、就近原则分配锁的机制则称为不公平锁。

  ReentrantLock在构造函数中提供了是否公平锁的初始化方式,默认为非公平锁。这是因为,非公平锁实际执行的效率要远远超出公平锁,除非程序有特殊需要,否则最常用非公平锁的分配机制。

  ReentrantLock通过方法lock()与unlock()来进行加锁与解锁操作,与synchronized会被JVM自动解锁机制不同,ReentrantLock加锁后需要手动进行解锁。为了避免程序出现异常而无法正常解锁的情况,使用ReentrantLock必须在finally控制块中进行解锁操作。通常使用方式如下所示:

/**
 * 初始化一个非公平锁(该锁只适用于单实例)
 */
private static Lock lock = new ReentrantLock(false);

void test() {
  try {
   lock.lock();
   //...执行业务逻辑
  }finally {
   lock.unlock();
  }
}

总结:在资源竞争不激烈的情形下,性能稍微比synchronized差点点。但是当同步非常激烈的时候,synchronized的性能一下子能下降好几十倍,而ReentrantLock确还能维持常态。高并发量情况下使用ReentrantLock。

注意:Spring注解和同步锁不能同步问题解决

3.Semaphore (信号量)

  上述两种锁机制类型都是“互斥锁”,互斥是进程同步关系的一种特殊情况,相当于只存在一个临界资源,因此同时最多只能给一个线程提供服务。但是,在实际复杂的多线程应用程序中,可能存在多个临界资源,这时候我们可以借助Semaphore信号量来完成多个临界资源的访问。

  Semaphore基本能完成ReentrantLock的所有工作,使用方法也与之类似,通过acquire()与release()方法来获得和释放临界资源。

  经实测,Semaphone.acquire()方法默认为可响应中断锁,与ReentrantLock.lockInterruptibly()作用效果一致,也就是说在等待临界资源的过程中可以被Thread.interrupt()方法中断。

  此外,Semaphore也实现了可轮询的锁请求与定时锁的功能,除了方法名tryAcquire与tryLock不同,其使用方法与ReentrantLock几乎一致。Semaphore也提供了公平与非公平锁的机制,也可在构造函数中进行设定。

  Semaphore的锁释放操作也由手动进行,因此与ReentrantLock一样,为避免线程因抛出异常而无法正常释放锁的情况发生,释放锁的操作也必须在finally代码块中完成。

/** 定义一个非公平的共享锁 */
public static Semaphore LOCK = new Semaphore(5, false);

void test() {
  try{
   //获取许可
   LOCK.acquire();
  }
  finally {
   //释放许可
   LOCK.release();
  }
}

  总结:Semaphore有着非常强大的功能,并且是共享锁,在特殊情景时非常有效。

以上就是本文的全部内容,希望对大家的学习有所帮助,也希望大家多多支持我们。

时间: 2019-12-21

java多线程并发中使用Lockers类将多线程共享资源锁定

复制代码 代码如下: package com.yao; import java.util.concurrent.ExecutorService;import java.util.concurrent.Executors;import java.util.concurrent.Future;import java.util.concurrent.locks.Lock;import java.util.concurrent.locks.ReadWriteLock;import java.util.c

Java并发编程之显示锁ReentrantLock和ReadWriteLock读写锁

在Java5.0之前,只有synchronized(内置锁)和volatile. Java5.0后引入了显示锁ReentrantLock. ReentrantLock概况 ReentrantLock是可重入的锁,它不同于内置锁, 它在每次使用都需要显示的加锁和解锁, 而且提供了更高级的特性:公平锁, 定时锁, 有条件锁, 可轮询锁, 可中断锁. 可以有效避免死锁的活跃性问题.ReentrantLock实现了 Lock接口: 复制代码 代码如下: public interface Lock {  

Java多线程并发开发之DelayQueue使用示例

在学习Java 多线程并发开发过程中,了解到DelayQueue类的主要作用:是一个无界的BlockingQueue,用于放置实现了Delayed接口的对象,其中的对象只能在其到期时才能从队列中取走.这种队列是有序的,即队头对象的延迟到期时间最长.注意:不能将null元素放置到这种队列中. Delayed,一种混合风格的接口,用来标记那些应该在给定延迟时间之后执行的对象.此接口的实现必须定义一个 compareTo 方法,该方法提供与此接口的 getDelay 方法一致的排序. 在网上看到了一些

实例讲解Java并发编程之闭锁

闭锁相当于一扇门,在闭锁到达结束状态之前,这扇门一直是关闭着的,没有任何线程可以通过,当到达结束状态时,这扇门才会打开并容许所有线程通过.它可以使一个或多个线程等待一组事件发生.闭锁状态包括一个计数器,初始化为一个正式,正数表示需要等待的事件数量.countDown方法递减计数器,表示一个事件已经发生,而await方法等待计数器到达0,表示等待的事件已经发生.CountDownLatch强调的是一个线程(或多个)需要等待另外的n个线程干完某件事情之后才能继续执行. 场景应用: 10个运动员准备赛

使用java的HttpClient实现多线程并发

说明:以下的代码基于httpclient4.5.2实现. 我们要使用java的HttpClient实现get请求抓取网页是一件比较容易实现的工作: public static String get(String url) { CloseableHttpResponseresponse = null; BufferedReader in = null; String result = ""; try { CloseableHttpClienthttpclient = HttpClient

Java常见面试题之多线程和高并发详解

volatile 对 volatile的理解 volatile 是一种轻量级的同步机制. 保证数据可见性 不保证原子性 禁止指令重排序 JMM JMM(Java 内存模型)是一种抽象的概念,描述了一组规则或规范,定义了程序中各个变量的访问方式. JVM运行程序的实体是线程,每个线程创建时 JVM 都会为其创建一个工作内存,是线程的私有数据区域.JMM中规定所有变量都存储在主内存,主内存是共享内存.线程对变量的操作在工作内存中进行,首先将变量从主内存拷贝到工作内存,操作完成后写会主内存.不同线程间

java编程多线程并发处理实例解析

本文主要是通过一个银行用户取钱的实例,演示java编程多线程并发处理场景,具体如下. 从一个例子入手:实现一个银行账户取钱场景的实例代码. 第一个类:Account.java 账户类: package cn.edu.byr.test; public class Account { private String accountNo; private double balance; public Account(){ } public Account(String accountNo,double

简单谈谈RxJava和多线程并发

前言 相信对于RxJava,大家应该都很熟悉,他最核心的两个字就是异步,诚然,它对异步的处理非常的出色,但是异步绝对不等于并发,更不等于线程安全,如果把这几个概念搞混了,错误的使用RxJava,是会来带非常多的问题的. RxJava与并发 首先让我们来看一段RxJava协议的原文: Observables must issue notifications to observers serially (not in parallel). They may issue these notificat

JAVA多线程并发下的单例模式应用

单例模式应该是设计模式中比较简单的一个,也是非常常见的,但是在多线程并发的环境下使用却是不那么简单了,今天给大家分享一个我在开发过程中遇到的单例模式的应用. 首先我们先来看一下单例模式的定义: 一个类有且仅有一个实例,并且自行实例化向整个系统提供. 单例模式的要素: 1.私有的静态的实例对象 2.私有的构造函数(保证在该类外部,无法通过new的方式来创建对象实例) 3.公有的.静态的.访问该实例对象的方法 单例模式分为懒汉形和饿汉式 懒汉式: 应用刚启动的时候,并不创建实例,当外部调用该类的实例

Java多线程中的单例模式两种实现方式

Java多线程中的单例模式 一.在多线程环境下创建单例 方式一: package com.ietree.multithread.sync; public class Singletion { private static class InnerSingletion { private static Singletion single = new Singletion(); } public static Singletion getInstance() { return InnerSinglet

分享40个Java多线程问题小结

Java多线程是什么 Java提供的并发(同时.独立)处理多个任务的机制.多个线程共存于同一JVM进程里面,所以共用相同的内存空间,较之多进程,多线程之间的通信更轻量级.依我的理解,Java多线程完全就是为了提高CPU的利用率.Java的线程有4种状态,新建(New).运行(Runnable).阻塞(Blocked).结束(Dead),关键就在于阻塞(Blocked),阻塞意味着等待,阻塞的的线程不参与线程分派器(Thread Scheduler)的时间片分配,自然也就不会使用到CPU.多线程环

2018版java多线程面试题集合及答案

java多线程面试题整理及答案,供大家参考,具体内容如下 1.什么是线程? 线程是操作系统能够进行运算调度的最小单位,它被包含在进程之中,是进程中的实际运作单位.程序员可以通过它进行多处理器编程,你可以使用多线程对 运算密集型任务提速.比如,如果一个线程完成一个任务要100毫秒,那么用十个线程完成改任务只需10毫秒.Java在语言层面对多线程提供了卓越的支 持,它也是一个很好的卖点. 2.线程和进程有什么区别? 线程是进程的子集,一个进程可以有很多线程,每条线程并行执行不同的任务.不同的进程使用

Java多线程及分布式爬虫架构原理解析

这是 Java 爬虫系列博文的第五篇,在上一篇Java 爬虫服务器被屏蔽的解决方案中,我们简单的聊反爬虫策略和反反爬虫方法,主要针对的是 IP 被封及其对应办法.前面几篇文章我们把爬虫相关的基本知识都讲的差不多啦.这一篇我们来聊一聊爬虫架构相关的内容. 前面几章内容我们的爬虫程序都是单线程,在我们调试爬虫程序的时候,单线程爬虫没什么问题,但是当我们在线上环境使用单线程爬虫程序去采集网页时,单线程就暴露出了两个致命的问题: 采集效率特别慢,单线程之间都是串行的,下一个执行动作需要等上一个执行完才能

Java多线程之线程通信生产者消费者模式及等待唤醒机制代码详解

前言 前面的例子都是多个线程在做相同的操作,比如4个线程都对共享数据做tickets–操作.大多情况下,程序中需要不同的线程做不同的事,比如一个线程对共享变量做tickets++操作,另一个线程对共享变量做tickets–操作,这就是大名鼎鼎的生产者和消费者模式. 正文 一,生产者-消费者模式也是多线程 生产者和消费者模式也是多线程的范例.所以其编程需要遵循多线程的规矩. 首先,既然是多线程,就必然要使用同步.上回说到,synchronized关键字在修饰函数的时候,使用的是"this"

java 多线程的几种实现方法总结

java 多线程的几种实现方法总结 1.多线程有几种实现方法?同步有几种实现方法? 多线程有两种实现方法,分别是继承Thread类与实现Runnable接口 同步的实现方面有两种,分别是synchronized,wait与notify wait():使一个线程处于等待状态,并且释放所持有的对象的lock. sleep():使一个正在运行的线程处于睡眠状态,是一个静态方法,调用此方法要捕捉InterruptedException异常. notify():唤醒一个处于等待状态的线程,注意的是在调用此

java 多线程饥饿现象的问题解决方法

java 多线程饥饿现象的问题解决方法 当有线程正在读的时候,不允许写 线程写,但是允许其他的读线程进行读.有写线程正在写的时候,其他的线程不应该读写.为了防止写线程出现饥饿现象,当线程正在读,如果写线程请求写,那么应该禁止再来的读线程进行读. 实现代码如下: File.Java package readerWriter; public class File { private String name; public File(String name) { this.name=name; } }

java多线程应用实现方法

以前没有写笔记的习惯,现在慢慢的发现及时总结是多么的重要了,呵呵.虽然才大二,但是也快要毕业了,要加油了. 这一篇文章主要关于java多线程,主要还是以例子来驱动的.因为讲解多线程的书籍和文章已经很多了,所以我也不好意思多说,呵呵.大家可以去参考一些那些书籍.我这个文章主要关于实际的一些问题.同时也算是我以后复习的资料吧,.呵呵大家多多指教. 同时希望多结交一些技术上的朋友.谢谢. ---------------------------------------------------------

JAVA多线程实现生产者消费者的实例详解

JAVA多线程实现生产者消费者的实例详解 下面的代码实现了生产者消费者的问题 Product.Java package consumerProducer; public class Product { private String id; public String getId() { return id; } public void setId(String id) { this.id = id; } public Product(String id) { this.id=id; } publ