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juc概述和Lock接口

news 文章来源：https://blog.csdn.net/m0_62946761/article/details/132415034 2024/11/28 11:01:11

一、什么是JUC

1、JUC概述

2、进程与线程

3、线程的状态

4、wait/sleep 的区别

5、并发与并行

6、管程

7、用户线程和守护线程

二、Lock接口

1、Synchronized

使用synchronized实现售票案例

使用synchronized实现增减变量操作

2、什么是 Lock

买票例子使用lock实现

增减变量操作使用lock实现

3、newCondition

增减变量操作使用Condition实现

线程定制化执行

4、ReentrantLock

5、ReadWriteLock

一、什么是JUC

1、JUC概述

JUC 就是 java.util .concurrent 工具包的简称。这是一个处理线程的工具包，JDK 1.5 开始出现的。

2、进程与线程

进程（Process） 是计算机中的程序关于某数据集合上的一次运行活动，是系统进行资源分配和调度的基本单位，是操作系统结构的基础。

在当代面向线程设计的计算机结构中，进程是线程的容器。程序是指令、数据及其组织形式的描述，进程是程序的实体。是计算机中的程序关于某数据集合上的一次运行活动，是系统进行资源分配和调度的基本单位，是操作系统结构的基础。程序是指令、数据及其组织形式的描述，进程是程序的实体。

线程（thread） 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。一条线程指的是进程中一个单一顺序的控制流，一个进程中可以并发多个线程，每条线程并行执行不同的任务。

即，进程指在系统中正在运行的一个应用程序；程序一旦运行就是进程；进程— —资源分配的最小单位。

线程：系统分配处理器时间资源的基本单元，或者说进程之内独立执行的一个单元执行流。线程——程序执行的最小单位。

3、线程的状态

public enum State {/*** Thread state for a thread which has not yet started.*/NEW, // 新建/*** Thread state for a runnable thread.  A thread in the runnable* state is executing in the Java virtual machine but it may* be waiting for other resources from the operating system* such as processor.*/RUNNABLE, // 运行时/*** Thread state for a thread blocked waiting for a monitor lock.* A thread in the blocked state is waiting for a monitor lock* to enter a synchronized block/method or* reenter a synchronized block/method after calling* {@link Object#wait() Object.wait}.*/BLOCKED, // 阻塞/*** Thread state for a waiting thread.* A thread is in the waiting state due to calling one of the* following methods:* <ul>*   <li>{@link Object#wait() Object.wait} with no timeout</li>*   <li>{@link #join() Thread.join} with no timeout</li>*   <li>{@link LockSupport#park() LockSupport.park}</li>* </ul>** <p>A thread in the waiting state is waiting for another thread to* perform a particular action.** For example, a thread that has called <tt>Object.wait()</tt>* on an object is waiting for another thread to call* <tt>Object.notify()</tt> or <tt>Object.notifyAll()</tt> on* that object. A thread that has called <tt>Thread.join()</tt>* is waiting for a specified thread to terminate.*/WAITING, //等待/*** Thread state for a waiting thread with a specified waiting time.* A thread is in the timed waiting state due to calling one of* the following methods with a specified positive waiting time:* <ul>*   <li>{@link #sleep Thread.sleep}</li>*   <li>{@link Object#wait(long) Object.wait} with timeout</li>*   <li>{@link #join(long) Thread.join} with timeout</li>*   <li>{@link LockSupport#parkNanos LockSupport.parkNanos}</li>*   <li>{@link LockSupport#parkUntil LockSupport.parkUntil}</li>* </ul>*/TIMED_WAITING, // 过时不候/*** Thread state for a terminated thread.* The thread has completed execution.*/TERMINATED;  //终结}

4、wait/sleep 的区别

（1）sleep 是 Thread 的静态方法，wait 是 Object 的方法，任何对象实例都能调用。

（2）sleep 不会释放锁，它也不需要占用锁。wait 会释放锁，但调用它的前提是当前线程占有锁(即代码要在 synchronized 中)。

（3）它们都可以被 interrupted 方法中断。

5、并发与并行

串行表示所有任务都一一按先后顺序进行

并发:并发是指两个或多个事件在同一时间间隔发生。

例子：春运抢票电商秒杀...

并行:并行是指两个或者多个事件在同一时刻发生。

例子：泡方便面，电水壶烧水，一边撕调料倒入桶中

6、管程

管程(monitor) 是保证了同一时刻只有一个进程在管程内活动 , 即管程内定义的操作在同一时刻只被一个进程调用( 由编译器实现 ). 但是这样并不能保证进程以设计的顺序执行

JVM 中同步是基于进入和退出管程 (monitor) 对象实现的，每个对象都会有一个管程(monitor)对象，管程 (monitor) 会随着 java 对象一同创建和销毁

执行线程首先要持有管程对象，然后才能执行方法，当方法完成之后会释放管程，方法在执行时候会持有管程，其他线程无法再获取同一个管程

7、用户线程和守护线程

用户线程 : 平时用到的普通线程 , 自定义线程

守护线程 : 运行在后台 , 是一种特殊的线程 , 比如垃圾回收

当主线程结束后 , 用户线程还在运行 ,JVM 存活

如果没有用户线程 , 都是守护线程 ,JVM 结束

二、Lock接口

1、Synchronized

synchronized 是 Java 中的关键字，是一种同步锁。它修饰的对象有以下几种：

修饰一个代码块，被修饰的代码块称为同步语句块，其作用的范围是大括号{}括起来的代码，作用的对象是调用这个代码块的对象；
修饰一个方法，被修饰的方法称为同步方法，其作用的范围是整个方法，作用的对象是调用这个方法的对象；
修改一个静态的方法，其作用的范围是整个静态方法，作用的对象是这个类的所有对象；
修改一个类，其作用的范围是 synchronized 后面括号括起来的部分，作用主的对象是这个类的所有对象

虽然可以使用 synchronized 来定义方法，但 synchronized 并不属于方法定义的一部分，因此，synchronized 关键字不能被继承。如果在父类中的某个方法使用了 synchronized 关键字，而在子类中覆盖了这个方法，在子类中的这个方法默认情况下并不是同步的，而必须显式地在子类的这个方法中加上synchronized 关键字才可以。当然，还可以在子类方法中调用父类中相应的方法，这样虽然子类中的方法不是同步的，但子类调用了父类的同步方法，因此，子类的方法也就相当于同步了。

使用synchronized实现售票案例

//第一步  创建资源类，定义属性和和操作方法
class Ticket {//票数private int number = 30;//操作方法：卖票public synchronized void sale() {//判断：是否有票if(number > 0) {System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" : 卖出："+(number--)+" 剩下："+number);}}
}public class SaleTicket {//第二步 创建多个线程，调用资源类的操作方法public static void main(String[] args) {//创建Ticket对象Ticket ticket = new Ticket();//创建三个线程new Thread(new Runnable() {@Overridepublic void run() {//调用卖票方法for (int i = 0; i < 40; i++) {ticket.sale();}}},"AA").start();new Thread(new Runnable() {@Overridepublic void run() {for(int i = 0; i < 40; i ++) {ticket.sale();}}},"DD");new Thread(new Runnable() {@Overridepublic void run() {//调用卖票方法for (int i = 0; i < 40; i++) {ticket.sale();}}},"BB").start();new Thread(new Runnable() {@Overridepublic void run() {//调用卖票方法for (int i = 0; i < 40; i++) {ticket.sale();}}},"CC").start();}
}

使用synchronized实现增减变量操作

当变量为0是线程A、C将其+1，当变量为1时B、D线程将其-1

//第一步 创建资源类，定义属性和操作方法
class Share {//初始值private int number = 0;//+1的方法public synchronized void incr() throws InterruptedException {//第二步 判断 干活 通知while(number != 0) { //判断number值是否是0，如果不是0，等待this.wait(); //在哪里睡，就在哪里醒}//如果number值是0，就+1操作number++;System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" :: "+number);//通知其他线程this.notifyAll();}//-1的方法public synchronized void decr() throws InterruptedException {//判断while(number != 1) {this.wait();}//干活number--;System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" :: "+number);//通知其他线程this.notifyAll();}
}public class ThreadDemo1 {//第三步 创建多个线程，调用资源类的操作方法public static void main(String[] args) {Share share = new Share();//创建线程new Thread(()->{for (int i = 1; i <=10; i++) {try {share.incr(); //+1} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}},"AA").start();new Thread(()->{for (int i = 1; i <=10; i++) {try {share.decr(); //-1} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}},"BB").start();new Thread(()->{for (int i = 1; i <=10; i++) {try {share.incr(); //+1} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}},"CC").start();new Thread(()->{for (int i = 1; i <=10; i++) {try {share.decr(); //-1} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}},"DD").start();}
}

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。

2、什么是 Lock

Lock 锁实现提供了比使用同步方法和语句可以获得的更广泛的锁操作。它们允许更灵活的结构，可能具有非常不同的属性，并且可能支持多个关联的条件对象。Lock 提供了比 synchronized 更多的功能。

Lock 与的 Synchronized 区别

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；
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。

public interface Lock {void lock();void lockInterruptibly() throws InterruptedException;boolean tryLock();boolean tryLock(long time, TimeUnit unit) throws InterruptedException;void unlock();Condition newCondition();
}

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。

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：

    lock.lock();try{//处理任务}catch(Exception ex){}finally{lock.unlock(); //释放锁}

买票例子使用lock实现

//第一步  创建资源类，定义属性和和操作方法
class LTicket {//票数量private int number = 30;//创建可重入锁private final ReentrantLock lock = new ReentrantLock(true);//卖票方法public void sale() {//上锁lock.lock();try {//判断是否有票if(number > 0) {System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" ：卖出"+(number--)+" 剩余："+number);}} finally {//解锁lock.unlock();}}
}public class LSaleTicket {//第二步 创建多个线程，调用资源类的操作方法//创建三个线程public static void main(String[] args) {LTicket ticket = new LTicket();new Thread(()-> {for (int i = 0; i < 40; i++) {ticket.sale();}},"AA").start();new Thread(() -> {for(int i = 0; i < 40; i ++) {ticket.sale();}}, "DD");new Thread(()-> {for (int i = 0; i < 40; i++) {ticket.sale();}},"BB").start();new Thread(()-> {for (int i = 0; i < 40; i++) {ticket.sale();}},"CC").start();}
}

增减变量操作使用lock实现

//第一步 创建资源类，定义属性和操作方法
class Share {private int number = 0;//创建Lockprivate Lock lock = new ReentrantLock();private Condition condition = lock.newCondition();//+1public void incr() throws InterruptedException {//上锁lock.lock();try {//判断while (number != 0) {condition.await();}//干活number++;System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" :: "+number);//通知condition.signalAll();}finally {//解锁lock.unlock();}}//-1public void decr() throws InterruptedException {lock.lock();try {while(number != 1) {condition.await();}number--;System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" :: "+number);condition.signalAll();}finally {lock.unlock();}}
}public class ThreadDemo2 {public static void main(String[] args) {Share share = new Share();new Thread(()->{for (int i = 1; i <=10; i++) {try {share.incr();} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}},"AA").start();new Thread(()->{for (int i = 1; i <=10; i++) {try {share.decr();} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}},"BB").start();new Thread(()->{for (int i = 1; i <=10; i++) {try {share.incr();} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}},"CC").start();new Thread(()->{for (int i = 1; i <=10; i++) {try {share.decr();} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}},"DD").start();}}

3、newCondition

关键字 synchronized 与 wait()/notify()这两个方法一起使用可以实现等待/通知模式， Lock 锁的 newContition()方法返回 Condition 对象，Condition 类也可以实现等待/通知模式。

用 notify()通知时，JVM 会随机唤醒某个等待的线程，使用 Condition 类可以进行选择性通知， Condition 比较常用的两个方法：

• await()会使当前线程等待,同时会释放锁,当其他线程调用 signal()时,线程会重新获得锁并继续执行。

• signal()用于唤醒一个等待的线程。

注意：在调用 Condition 的 await()/signal()方法前，也需要线程持有相关的 Lock 锁，调用 await()后线程会释放这个锁，在 singal()调用后会从当前 Condition 对象的等待队列中，唤醒一个线程，唤醒的线程尝试获得锁，一旦获得锁成功就继续执行。

增减变量操作使用Condition实现

//第一步 创建资源类，定义属性和操作方法
class Share {private int number = 0;//创建Lockprivate Lock lock = new ReentrantLock();private Condition condition = lock.newCondition();//+1public void incr() throws InterruptedException {//上锁lock.lock();try {//判断while (number != 0) {condition.await();}//干活number++;System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" :: "+number);//通知condition.signalAll();}finally {//解锁lock.unlock();}}//-1public void decr() throws InterruptedException {lock.lock();try {while(number != 1) {condition.await();}number--;System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" :: "+number);condition.signalAll();}finally {lock.unlock();}}
}public class ThreadDemo2 {public static void main(String[] args) {Share share = new Share();new Thread(()->{for (int i = 1; i <=10; i++) {try {share.incr();} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}},"AA").start();new Thread(()->{for (int i = 1; i <=10; i++) {try {share.decr();} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}},"BB").start();new Thread(()->{for (int i = 1; i <=10; i++) {try {share.incr();} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}},"CC").start();new Thread(()->{for (int i = 1; i <=10; i++) {try {share.decr();} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}},"DD").start();}}

线程定制化执行

让线程按顺序执行，例子：

当flag为1时，A线程打印五次；

当flag为2时，B线程打印十次；

当flag为3时，C线程打印十五次；

按顺序打印。

//第一步 创建资源类
class ShareResource {//定义标志位private int flag = 1;  // 1 AA     2 BB     3 CC//创建Lock锁private Lock lock = new ReentrantLock();//创建三个conditionprivate Condition c1 = lock.newCondition();private Condition c2 = lock.newCondition();private Condition c3 = lock.newCondition();//打印5次，参数第几轮public void print5(int loop) throws InterruptedException {//上锁lock.lock();try {//判断while(flag != 1) {//等待c1.await();}//干活for (int i = 1; i <=5; i++) {System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" :: "+i+" ：轮数："+loop);}//通知flag = 2; //修改标志位 2c2.signal(); //通知BB线程}finally {//释放锁lock.unlock();}}//打印10次，参数第几轮public void print10(int loop) throws InterruptedException {lock.lock();try {while(flag != 2) {c2.await();}for (int i = 1; i <=10; i++) {System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" :: "+i+" ：轮数："+loop);}//修改标志位flag = 3;//通知CC线程c3.signal();}finally {lock.unlock();}}//打印15次，参数第几轮public void print15(int loop) throws InterruptedException {lock.lock();try {while(flag != 3) {c3.await();}for (int i = 1; i <=15; i++) {System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" :: "+i+" ：轮数："+loop);}//修改标志位flag = 1;//通知AA线程c1.signal();}finally {lock.unlock();}}
}public class ThreadDemo3 {public static void main(String[] args) {ShareResource shareResource = new ShareResource();new Thread(()->{for (int i = 1; i <=10; i++) {try {shareResource.print5(i);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}},"AA").start();new Thread(()->{for (int i = 1; i <=10; i++) {try {shareResource.print10(i);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}},"BB").start();new Thread(()->{for (int i = 1; i <=10; i++) {try {shareResource.print15(i);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}},"CC").start();}
}

4、ReentrantLock

ReentrantLock，意思是“可重入锁”，关于可重入锁的概念将在后面讲述。

ReentrantLock 是唯一实现了 Lock 接口的类，并且 ReentrantLock 提供了更多的方法。下面通过一些实例看具体看一下如何使用。

public class Test {private ArrayList<Integer> arrayList = new ArrayList<Integer>();public static void main(String[] args) {final Test test = new Test();new Thread() {public void run() {test.insert(Thread.currentThread());};}.start();new Thread() {public void run() {test.insert(Thread.currentThread());};}.start();}public void insert(Thread thread) {ReentrantLock lock =  new ReentrantLock(); //注意这个地方lock.lock();try {System.out.println(thread.getName() + "得到了锁");for (int i = 0; i < 5; i++) {arrayList.add(i);}} catch (Exception e) {
// TODO: handle exception} finally {System.out.println(thread.getName() + "释放了锁");lock.unlock();}}
}

5、ReadWriteLock

ReadWriteLock 也是一个接口，在它里面只定义了两个方法：

public interface ReadWriteLock {/*** Returns the lock used for reading.** @return the lock used for reading.*/Lock readLock();/*** Returns the lock used for writing.** @return the lock used for writing.*/Lock writeLock();
}

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。

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。

下面通过几个例子来看一下 ReentrantReadWriteLock 具体用法。

假如有多个线程要同时进行读操作的话，先看一下 synchronized 达到的效果：

public class Test {private ReentrantReadWriteLock rwl = newReentrantReadWriteLock();public static void main(String[] args) {final Test test = new Test();new Thread() {public void run() {test.get(Thread.currentThread());};}.start();new Thread() {public void run() {test.get(Thread.currentThread());};}.start();}public synchronized void get(Thread thread) {long start = System.currentTimeMillis();while (System.currentTimeMillis() - start <= 1) {System.out.println(thread.getName() + "正在进行读操作");}System.out.println(thread.getName() + "读操作完毕");}
}

而改成用读写锁的话：

public class Test {private ReentrantReadWriteLock rwl = newReentrantReadWriteLock();public static void main(String[] args) {final Test test = new Test();new Thread() {public void run() {test.get(Thread.currentThread());};}.start();new Thread() {public void run() {test.get(Thread.currentThread());};}.start();}public void get(Thread thread) {rwl.readLock().lock();try {long start = System.currentTimeMillis();while (System.currentTimeMillis() - start <= 1) {System.out.println(thread.getName() + "正在进行读操作");}System.out.println(thread.getName() + "读操作完毕");} finally {rwl.readLock().unlock();}}
}

说明 thread1 和 thread2 在同时进行读操作。这样就大大提升了读操作的效率。

== 注意: ==

• 如果有一个线程已经占用了读锁，则此时其他线程如果要申请写锁，则申请写锁的线程会一直等待释放读锁。

• 如果有一个线程已经占用了写锁，则此时其他线程如果申请写锁或者读锁，则申请的线程会一直等待释放写锁。

Lock 和 synchronized 有以下几点不同：

Lock 是一个接口，而 synchronized 是 Java 中的关键字，synchronized 是内置的语言实现；
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；
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；
通过 Lock 可以知道有没有成功获取锁，而synchronized 却无法办到。
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。

一、什么是JUC

1、JUC概述

2、进程与线程

3、线程的状态

4、wait/sleep 的区别

5、并发与并行

6、管程

7、用户线程和守护线程

二、Lock接口

1、Synchronized

使用synchronized实现售票案例

使用synchronized实现增减变量操作

2、什么是 Lock

买票例子使用lock实现

增减变量操作使用lock实现

3、newCondition

增减变量操作使用Condition实现

线程定制化执行

4、ReentrantLock

5、ReadWriteLock

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