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java 之基础



同学们,小编又来了,开始跟着小编学习吧,今天我们可是干货满满呀,都是实例。话不多说,我们开始吧。

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第一节  生产者-消费者问题扩展

1.1 多个生产者-多个消费者-多个商品

功能:扩展生产者消费者问题。由一个生产者、一个消费者、一个商品扩展为多个生产者、多个消费者、多个商品。具体细节为

 *   最多10个商品,最少0个商品

 *   已经有10个商品,生产者不再生产,还要通知消费者消费

 *   没有商品了,消费者不再消费,还要通知生产者生产

【示例1】定义商品工厂


【示例2】定义生产者线程

【示例3】定义消费者线程

【示例4】定义测试类

问题1:生产者消费者使用同一把锁,所以wait()的生产者和消费者都在一个等待队列中。谁敢保证生产者唤醒的不是生产者。

解决1:如果有多个线程,将wait放在while循环中。被唤醒后,会重新进行条件的判断。如果仓库已满,可以再次阻塞。

问题2:仓库中最多的商品动态指定:

解决2:可以通过构造方法或者setter方法提供

 

1.2 使用匿名内部类

生产者和消费者线程可以使用匿名内部类来实现,

² 匿名内部类可以访问外部类的成员变量

² 匿名内部可访问外部类当前方法中的局部变量,需要使用final修饰。(JDK1.8后可以省略,但依旧是final的。可以反编译class文件查看)

【示例4】使用匿名内部类定义线程

使用Lock锁和Condition

问题:能否生产者一个等待队列,消费者一个等待队列。唤醒的时候到相应的等待队列中唤醒线程?

能!!!使用Lock锁。一个Lock锁可以产生多个Condition条件,一个Condition条件对于一个等待队列



【示例5】使用Lock锁和Condition条件

java 之基础

Lock锁

2.1 Lock锁和Synchronized锁的比较

synchronized的缺陷(有了synchronized,为什么还要出来Lock锁)

  synchronized是java中的一个关键字,也就是说是Java语言内置的特性。那么为什么会出现Lock呢?

  如果一个代码块被synchronized修饰了,当一个线程获取了对应的锁,并执行该代码块时,其他线程便只能一直等待,等待获取锁的线程释放锁,而这里获取锁的线程释放锁只会有两种情况:

  1)获取锁的线程执行完了该代码块,然后线程释放对锁的占有;

  2)线程执行发生异常,此时JVM会让线程自动释放锁。

  那么如果这个获取锁的线程由于要等待IO或者其他原因(比如调用sleep方法)被阻塞了,但是又没有释放锁,其他线程便只能干巴巴地等待,试想一下,这多么影响程序执行效率。

  因此就需要有一种机制可以不让等待的线程一直无期限地等待下去(比如只等待一定的时间或者能够响应中断),通过Lock就可以办到。   

     再举个例子:当有多个线程读写文件时,读操作和写操作会发生冲突现象,写操作和写操作会发生冲突现象,但是读操作和读操作不会发生冲突现象。

  但是采用synchronized关键字来实现同步的话,就会导致一个问题:

  如果多个线程都只是进行读操作,所以当一个线程在进行读操作时,其他线程只能等待无法进行读操作。

  因此就需要一种机制来使得多个线程都只是进行读操作时,线程之间不会发生冲突,通过Lock就可以办到。

  另外通过Lock可知线程是否成功获取到锁。这个synchronized无法办到。

  但是要注意以下几点:

  1)Lock不是Java语言内置的,synchronized是Java语言的关键字,因此是内置特性。Lock是一个类,通过这个类可以实现同步访问;

2)采用synchronized不需要用户去手动释放锁,当synchronized方法或者代码块执行完之后,系统会自动让线程释放对锁的占用;而Lock则必须要用户去手动释放锁,如果没有主动释放锁,就有可能导致出现死锁现象。 

对于synchronized方法或者代码块,当出现异常时,JVM会自动释放当前线程占用的锁,因此不会由于异常导致出现死锁现象。 Lock必须手动释放 

2.2 Lock锁 API

  1.Lock

首先要说明的就是Lock,通过查看Lock的源码可知,Lock是一个接口:

   下面来逐个讲述Lock接口中每个方法的使用,lock()、tryLock()、tryLock(long time, TimeUnit unit)和lockInterruptibly()是用来获取锁的。unLock()方法是用来释放锁的。newCondition()在后面的线程通信中使用。

  在Lock中声明了四个方法来获取锁,那么这四个方法有何区别呢?

· lock()

首先lock()方法是平常使用得最多的一个方法,就是用来获取锁。如果锁已被其他线程获取,则进行等待。

如果采用Lock,必须主动去释放锁,并且在发生异常时,不会自动释放锁。因此一般来说,使用Lock必须在try{}catch{}块中进行,并且将释放锁的操作放在finally块中进行,以保证锁一定被被释放,防止死锁的发生。通常使用Lock来进行同步的话,是以下面这种形式去使用的:

 

tryLock() 

tryLock()方法是有返回值的,它表示用来尝试获取锁,如果获取成功,则返回true,如果获取失败(即锁已被其他线程获取),则返回false,也就说这个方法无论如何都会立即返回。拿不到锁时不会一直在那等待。

· tryLock(long time, TimeUnit unit)

tryLock(long time, TimeUnit unit)方法和tryLock()方法是类似的,只不过区别在于这个方法在拿不到锁时会等待一定的时间,在时间期限之内如果还拿不到锁,就返回false。如果如果一开始拿到锁或者在等待期间内拿到了锁,则返回true。

·  lockInterruptibly()  

lockInterruptibly()方法比较特殊,当通过这个方法去获取锁时,如果线程正在等待获取锁,则这个线程能够响应中断,即中断线程的等待状态。也就使说,当两个线程同时通过lock.lockInterruptibly()想获取某个锁时,假若此时线程A获取到了锁,而线程B只有在等待,那么对线程B调用threadB.interrupt()方法能够中断线程B的等待过程。

 

2.ReentrantLock 

ReentrantLock,意思是“可重入锁”。ReentrantLock是唯一实现了Lock接口的非内部类,并且ReentrantLock提供了更多的方法。

ReentrantLock锁在同一个时间点只能被一个线程锁持有; 

而可重入的意思是,ReentrantLock锁,可以被单个线程多次获取。 

ReentrantLock分为“公平锁”和“非公平锁”。它们的区别体现在获取锁的机制上是否公平。“锁”是为了保护竞争资源,防止多个线程同时操作线程而出错,ReentrantLock在同一个时间点只能被一个线程获取(当某线程获取到“锁”时,其它线程就必须等待);ReentraantLock是通过一个FIFO的等待队列来管理获取该锁所有线程的。在“公平锁”的机制下,线程依次排队获取锁;而“非公平锁”在锁是可获取状态时,不管自己是不是在队列的开头都会获取锁。 

 

 3.ReadWriteLock 

ReadWriteLock也是一个接口,在它里面只定义了两个方法:

一个用来获取读锁,一个用来获取写锁。也就是说将文件的读写操作分开,分成2个锁来分配给线程,从而使得多个线程可以同时进行读操作。下面的ReentrantReadWriteLock实现了ReadWriteLock接口。 

4.ReentrantReadWriteLock 

  ReentrantReadWriteLock里面提供了很多丰富的方法,不过最主要的有两个方法:readLock()和writeLock()用来获取读锁和写锁。

    ReadWriteLock是一个接口。 

      ReentrantReadWriteLock是它的实现类,ReentrantReadWriteLock包括内部类ReadLock和WriteLock,这两个内部类实现了Lock接口。

 

【示例6】认识ReadWriteLock锁

2.3 Lock和synchronized的选择

  总结来说,Lock和synchronized有以下几点不同:

  1)Lock是一个接口,而synchronized是Java中的关键字,synchronized是内置的语言实现;

  2)synchronized在发生异常时,会自动释放线程占有的锁,因此不会导致死锁现象发生;而Lock在发生异常时,如果没有主动通过unLock()去释放锁,则很可能造成死锁现象,因此使用Lock时需要在finally块中释放锁;

  3)Lock可以让等待锁的线程响应中断,而synchronized却不行,使用synchronized时,等待的线程会一直等待下去,不能够响应中断;

  4)通过Lock可以知道有没有成功获取锁,而synchronized却无法办到。

  5)Lock可以提高多个线程进行读操作的效率。

  在性能上来说,如果竞争资源不激烈,两者的性能是差不多的,而当竞争资源非常激烈时(即有大量线程同时竞争),此时Lock的性能要远远优于synchronized。所以说,在具体使用时要根据适当情况选择。

2.4 认识Condition

Condition是在Java 1.5中才出现的,它用来替代传统的Object的wait()、notify()实现线程间的协作,相比使用Object的wait()、notify(),使用Condition1的await()、signal()这种方式实现线程间协作更加安全和高效。 

 

它的更强大的地方在于:能够更加精细的控制多线程的休眠与唤醒。对于同一个锁,我们可以创建多个Condition,在不同的情况下使用不同的Condition 

一个Condition包含一个等待队列。一个Lock可以产生多个Condition,所以可以有多个等待队列。

在Object的监视器模型上,一个对象拥有一个同步队列和等待队列,而Lock(同步器)拥有一个同步队列和多个等待队列。 

Object中的wait(),notify(),notifyAll()方法是和"同步锁"(synchronized关键字)捆绑使用的;而Condition是需要与"互斥锁"/"共享锁"捆绑使用的。 

调用Condition的await()、signal()、signalAll()方法,都必须在lock保护之内,就是说必须在lock.lock()和lock.unlock之间才可以使用 

· Conditon中的await()对应Object的wait();

· Condition中的signal()对应Object的notify();

· Condition中的signalAll()对应Object的notifyAll()。

void await()  throws InterruptedException

造成当前线程在接到信号或被中断之前一直处于等待状态。

与此 Condition 相关的锁以原子方式释放,并且出于线程调度的目的,将禁用当前线程,且在发生以下四种情况之一 以前,当前线程将一直处于休眠状态:

· 其他某个线程调用此 Condition 的 signal() 方法,并且碰巧将当前线程选为被唤醒的线程;或者

· 其他某个线程调用此 Condition 的 signalAll() 方法;或者

· 其他某个线程中断当前线程,且支持中断线程的挂起;或者

· 发生“虚假唤醒”

在所有情况下,在此方法可以返回当前线程之前,都必须重新获取与此条件有关的锁。在线程返回时,可以保证它保持此锁。

void signal()

唤醒一个等待线程。

如果所有的线程都在等待此条件,则选择其中的一个唤醒。在从 await 返回之前,该线程必须重新获取锁。

void signalAll()

唤醒所有等待线程。

如果所有的线程都在等待此条件,则唤醒所有线程。在从 await 返回之前,每个线程都必须重新获取锁。      

2.5 ReadWriteLock示例

【示例7】ReadWriteLock示例

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