JAVA的高并发基础认知 一

一、多线程的基本知识

1.1进程与线程的介绍

　　程序运行时在内存中分配自己独立的运行空间，就是进程

　　线程：它是位于进程中，负责当前进程中的某个具备独立运行资格的空间。

　　进程是负责整个程序的运行，而线程是程序中具体的某个独立功能的运行。一个进程中至少应该有一个线程。

1.2多线程的介绍

　　在多任务，多用户的系统中。每天都会产生许多进程。

　　多线程：在一个进程中，我们同时开启多个线程，让多个线程同时去完成某些任务（功能）。

　　(比如后台服务系统，就可以用多个线程同时响应多个客户的请求)

　　多线程的目的：提高程序的运行效率。

　　多线程的运行原理：cpu在线程中做时间片的切换（多线程可以提高程序的运行效率，但不能无限制的开线程）

1.3实现线程的两种方式

　　1、继承Thread的方式

　　2、声明实现 Runnable 接口的方式

1.4 JAVA同步 synchronized关键字

　　加同步格式：

　　synchronized( 需要一个任意的对象（锁） ){

　　代码块中放操作共享数据的代码}

　　synchronized是java中的一个关键字，也就是说是Java语言内置的特性。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。

所以synchronized等待线程能无期限地等待下去：这是一个致命的缺点

所以引进了Lock解决这个问题。

1.5 lock

1.5.1 lock和synchronized的区别

　　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）Lock和synchronized有一点非常大的不同，采用synchronized不需要用户去手动释放锁，当synchronized方法或者synchronized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。

关于 Lock和synchronized的选择

　　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。

1.5.2 Lock接口中每个方法的使用：

　　lock()、tryLock()、tryLock(long time, TimeUnit unit)、lockInterruptibly()是用来获取锁的。

　　unLock()方法是用来释放锁的。

1.5.3 四个获取锁方法的区别：

　　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。

由于在前面讲到如果采用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。

　　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。在拿不到锁时不会一直在那等待。

　　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()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。

　　注意，当一个线程获取了锁之后，是不会被interrupt()方法中断的。

　　因此当通过lockInterruptibly()方法获取某个锁时，如果不能获取到，只有进行等待的情况下，是可以响应中断的。

　　而用synchronized修饰的话，当一个线程处于等待某个锁的状态，是无法被中断的，只有一直等待下去。ReentrantLock

直接使用lock接口的话，我们需要实现很多方法，不太方便，ReentrantLock是唯一实现了Lock接口的类，并且ReentrantLock提供了更多的方法，ReentrantLock，意思是“可重入锁”。

不可重入锁

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先来设计一种锁

 1 public class Lock{
 2     private boolean isLocked = false;
 3     public synchronized void lock() throws InterruptedException{
 4         while(isLocked){
 5             wait();
 6         }
 7         isLocked = true;
 8     }
 9     public synchronized void unlock(){
10         isLocked = false;
11         notify();
12     }
13 }

这其实是个不可重入锁，举个例子

 1 public class Count{
 2     Lock lock = new Lock();
 3     public void print(){
 4         lock.lock();
 5         doAdd();
 6         lock.unlock();
 7     }
 8     public void doAdd(){
 9         lock.lock();
10         //do something
11         lock.unlock();
12     }
13 }

当调用print()方法时，获得了锁，这时就无法再调用doAdd()方法，这时必须先释放锁才能调用，所以称这种锁为不可重入锁，也叫自旋锁。

可重入锁

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设计如下:

 1 public class Lock{
 2     boolean isLocked = false;
 3     Thread  lockedBy = null;
 4     int lockedCount = 0;
 5     public synchronized void lock()
 6             throws InterruptedException{
 7         Thread thread = Thread.currentThread();
 8         while(isLocked && lockedBy != thread){
 9             wait();
10         }
11         isLocked = true;
12         lockedCount++;
13         lockedBy = thread;
14     }
15     public synchronized void unlock(){
16         if(Thread.currentThread() == this.lockedBy){
17             lockedCount--;
18             if(lockedCount == 0){
19                 isLocked = false;
20                 notify();
21             }
22         }
23     }
24 }

相对来说，可重入就意味着：线程可以进入任何一个它已经拥有的锁所同步着的代码块。

第一个线程执行print()方法，得到了锁，使lockedBy等于当前线程，也就是说，执行的这个方法的线程获得了这个锁，执行add()方法时，同样要先获得锁，因不满足while循环的条件，也就是不等待，继续进行，将此时的lockedCount变量，也就是当前获得锁的数量加一，当释放了所有的锁，才执行notify()。如果在执行这个方法时，有第二个线程想要执行这个方法，因为lockedBy不等于第二个线程，导致这个线程进入了循环，也就是等待，不断执行wait()方法。只有当第一个线程释放了所有的锁，执行了notify()方法，第二个线程才得以跳出循环，继续执行。

这就是可重入锁的特点。