公平锁和非公平锁

公平锁：多个线程按照申请所得顺序来获取锁，先进先出。如果等待队列为空或者在第一个位置则直接占有锁
非公平锁: 线程直接抢占锁，如果抢占失败，则加入等待队列，采用公平锁方式

非公平锁优势就是吞吐量比非公平锁大。synchronized和ReentrantLock默认都是非公平锁。ReentrantLock在构造的时候传入true则是公平锁。


可重入锁（递归锁）

可重入锁（也就是递归锁）：指的是同一个线程外层函数获得锁之后，内层递归函数仍然能获取该锁的代码，在同一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。synchronized和ReentrantLock都是常见的可重入锁。

也就是说，线程可以进入任何一个它已经拥有的锁所有同步着的代码块。

可重入锁的作用就是避免死锁的问题。

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/*
* 可重入锁（也就是递归锁）：指的是同一个线程外层函数获得锁之后，内层递归函数仍然能获取该锁的代码，
* 在同一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。也就是说，线程可以进入任何一个
* 它已经拥有的锁所有同步着的代码块。
* */
class Phone{
    public synchronized void sendSMS() throws Exception{
        System.out.println(Thread.currentThread().getId()+"\t invoked sendSMS()");
        sendEmail();
    }

    public synchronized void sendEmail() throws Exception{
        System.out.println(Thread.currentThread().getId()+"\t invoked sendEmail()");
    }
}

public class RenenterLockDemo {
    public static void main(String[] args){
        Phone phone = new Phone();
        new Thread(()->{
            try {
                phone.sendSMS();
            } catch (Exception e){
                e.printStackTrace();
            }
        },"t1").start();

        new Thread(()->{
            try {
                phone.sendSMS();
            } catch (Exception e){
                e.printStackTrace();
            }
        },"t2").start();
    }

}

实现一个可重入锁（递归锁）

为每个锁关联一个获取计数器和一个所有者线程，当计数值为0时，这个锁就被认为是没有被任何线程所占有的。当线程请求一个未被持有的锁时，计数值将会递增。而当线程退出同步代码时，计数器会相应地递减。当计数值为0时，则释放该锁。

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public class SpinLockDemo {
    private MySpinLock lock =  new MySpinLock();
    class Widget{
        public void doSomething(){
            lock.lock();
            System.out.println("Widget calling doSomething");
            lock.unlock();
        }
    }

    class MySpinLock{
        private AtomicReference<Thread> owner = new AtomicReference<>();
        private int count = 0;
        public void lock(){
            Thread cur = Thread.currentThread();
            if (cur == owner.get()){
                count ++;
                return;
            }
            while (! owner.compareAndSet(null,cur)){

            }
        }

        public void unlock(){
            Thread cur = Thread.currentThread();
            if (cur == owner.get()){
                if (count != 0){
                    count --;
                } else {
                    owner.compareAndSet(cur,null);
                }
            }
        }
    }

    class LoggingWidget extends Widget {
        @Override
        public void doSomething() {
            lock.lock();
            System.out.println("LoggingWidget calling doSomething");
            super.doSomething();
            lock.unlock();
        }
    }

    public static void main(String[] args){
        SpinLockDemo spinLockDemo = new SpinLockDemo();
        SpinLockDemo.Widget widget = spinLockDemo.new LoggingWidget();
        widget.doSomething();
    }
}

输出结果：
LoggingWidget calling doSomething
Widget calling doSomething

独占锁和共享锁

读锁是共享的，写锁是独占的。ReentrantLock和synchronized都是独占锁，独占锁就是一个锁只能被一个线程所持有。有的时候，需要读写分离，那么就要引入读写锁，即ReentrantReadWriteLock。

比如缓存，就需要读写锁来控制。缓存就是一个键值对，读的get方法使用了ReentrantReadWriteLock.ReadLock()，写的put方法使用了ReentrantReadWriteLock.WriteLock()。这样避免了写被打断，实现了多个线程同时读。

DEMO:

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/*
* 多个线程同时读一个资源类没有问题，所以为了满足并发量，读取共享资源应该可以同时进行。但是写共享
* 资源只能有一个线程。
*
* 写操作：原子+独占，整个过程必须是一个完整的统一体，中间不许被分割，被打断。
* */

import java.util.HashMap;
import java.util.Map;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantReadWriteLock;

class MyCache{
    private volatile Map<String,Object> map = new HashMap<>();
//    private Lock lock = new ReentrantLock();
    private ReentrantReadWriteLock reentrantReadWriteLock = new ReentrantReadWriteLock();
    public void put(String key,Object value){

        reentrantReadWriteLock.writeLock().lock();
        try{
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"\t 正在写入："+key);
            try{
                TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(300);
            } catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}
            map.put(key,value);
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"\t 写入完成");
        }catch (Exception e){
            e.printStackTrace();
        }finally {
            reentrantReadWriteLock.writeLock().unlock();
        }

    }

    public void get(String key){
        reentrantReadWriteLock.readLock().lock();
        try {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"\t 正在读取："+key);
            try{
                TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(300);
            } catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}
            Object result = map.get(key);
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"\t 读取完成"+result);
        }catch (Exception e){
            e.printStackTrace();
        }finally {
            reentrantReadWriteLock.readLock().unlock();
        }

    }

}

public class ReadWriteLockDemo {
    public static void main(String[] args){
        MyCache myCache = new MyCache();
        for(int i=1;i<=5;i++){
            final int tempInt = i;
            new Thread(()->{
                myCache.put(tempInt+"",tempInt+"");
            },String.valueOf(i)).start();
        }

        for(int i=1;i<=5;i++){
            final int tempInt = i;
            new Thread(()->{
                myCache.get(tempInt+"");
            },String.valueOf(i)).start();
        }
    }
}

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切换的消耗，缺点是循环会消耗CPU。CAS底层的getAndAddInt就是自旋锁思想。

尝试写个自旋锁

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import java.util.concurrent.TimeUnit;
import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;
import java.util.concurrent.atomic.AtomicReference;

/*
* 写一个自旋锁
* 自旋锁的好处：循环比较获取直到成功为止，没有类似wait的阻塞。
* */
public class SpinLockDemo {
    AtomicReference<Thread> atomicReference = new AtomicReference<>();

    public void myLock(){
        Thread thread = Thread.currentThread();
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"\t come in ");
        while(!atomicReference.compareAndSet(null,thread)){
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"\t  in while");
        }
    }

    public void myUnLock(){
        Thread thread = Thread.currentThread();
        atomicReference.compareAndSet(thread,null);
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"\t invoked myUnLock()");
    }

    public static void main(String[] args){
//        原子引用线程
        SpinLockDemo spinLockDemo = new SpinLockDemo();
        new Thread(()->{
            spinLockDemo.myLock();
            try{ TimeUnit.SECONDS.sleep(30); } catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}
            spinLockDemo.myUnLock();

        },"AA").start();

        try{ TimeUnit.SECONDS.sleep(1); } catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}

        new Thread(()->{
            spinLockDemo.myLock();
            try{ TimeUnit.SECONDS.sleep(5); } catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}
        },"BB").start();
    }
}

synchronized和lock有什么区别？用新的lock有什么好处？

  • 原始构成

synchronized是关键字，属于JVM层面，monitorenter（底层是通过monitor对象来完成，其实wait/notify等方法也依赖于monitor对象只有在同步块或者方法中才能调用wait/notify等方法）

Lock是具体类（java.util.concurrent.locks.lock）是api层面的锁。

  • 使用方法

synchronized不需要用户去手动释放锁，当synchronized代码执行完后系统会自动让线程释放对锁的占用。

ReentrantLock则需要用户去手动释放锁，若没有主动释放锁，就有可能导致出现死锁现象。需要lock()和unlock()方法配合try/finally语句块来完成。

  • 等待是否可中断

synchronized不可中断，除非抛出异常或者正常运行完成。

ReentrantLock可中断
1.设置超时方法 tryLock(long timeout,TimeUnit unit)；
2.lockInterruptibly()放代码块中，调用interrupt()方法可中断。

  • 加锁是否公平

synchronized非公平锁

ReentrantLock两者都可以，默认非公平锁，构造方法可以传入boolean值，true为公平锁，false为非公平锁。

  • 锁绑定多个条件Condition

synchronized没有

ReentrantLock用来实现分组唤醒需要唤醒的线程，可以精确唤醒，而不是像synchronized要么随机唤醒一个要么唤醒全部线程。

例子

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import java.util.concurrent.locks.Condition;
import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

/*
* 题目：多线程之间按顺序调用，实现A->B->C三个线程启动，要求如下：
* A打印5次，B打印10次，C打印15次
* 紧接着
* A打印5次，B打印10次，C打印15次
* 。。。。。
* 打印10轮
* */
class ShareResource{
    private int number = 1;//A:1.B:2,C:3
    private Lock lock = new ReentrantLock();
    private Condition c1 = lock.newCondition();
    private Condition c2 = lock.newCondition();
    private Condition c3 = lock.newCondition();

    public void print5(){
        lock.lock();
        try{
            //1判断
            while(number != 1){
                c1.await();
            }
            //2干活
            for(int i=1;i<=5;i++){
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"\t"+i);
            }
            //3通知
            number = 2;
            c2.signal();
        }catch (Exception e){
            e.printStackTrace();
        }finally {
            lock.unlock();
        }
    }

    public void print10(){
        lock.lock();
        try{
            //1判断
            while(number != 2){
                c2.await();
            }
            //2干活
            for(int i=1;i<=10;i++){
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"\t"+i);
            }
            //3通知
            number = 3;
            c3.signal();
        }catch (Exception e){
            e.printStackTrace();
        }finally {
            lock.unlock();
        }
    }

    public void print15(){
        lock.lock();
        try{
            //1判断
            while(number != 3){
                c3.await();
            }
            //2干活
            for(int i=1;i<=15;i++){
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"\t"+i);
            }
            //3通知
            number = 1;
            c1.signal();
        }catch (Exception e){
            e.printStackTrace();
        }finally {
            lock.unlock();
        }
    }




}

public class SyncAndReentrantLockDemo {
    public static void main(String[] args){
        ShareResource shareResource = new ShareResource();

        new Thread(()->{
            for(int i=1;i<=10;i++){
                shareResource.print5();
            }
        },"A").start();
        new Thread(()->{
            for(int i=1;i<=10;i++){
                shareResource.print10();
            }
        },"B").start();
        new Thread(()->{
            for(int i=1;i<=10;i++){
                shareResource.print15();
            }
        },"C").start();
    }
}