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Java线程：锁

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一、锁的原理

Java中每个对象都有一个内置锁，当程序运行到非静态的synchronized同步方法上时，自动获得与正在执行的代码类的当前实例(this实例)有关的锁。获得一个对象的锁也称为获取锁、锁定对象、在对象上锁定或在对象上同步。

当程序运行到synchronized同步方法或代码块时该对象锁才起作用。一个对象只有一个锁。所以一个线程获得该所，就没有其他线程获得，直到第一个线程释放(或返回)锁。这也意味着任何其他线程都不能进入该对象上的synchronized方法或代码块，直到该锁被释放。释放锁是指持锁线程退出synchronized同步方法或代码块。

2、注意事项

1) 只能同步方法，不能同步变量和类。

2) 每个对象只有一个锁，所以应该清楚在哪一个对象上同步。

3) 不必同步类的所有方法，类可以同时拥有同步和非同步方法。

4) 如果向拥有同步和非同步方法，则非同步方法可以被多个线程自由访问不受锁的限制。

5) 线程睡眠时，它所持的锁不会释放。

6) 线程可以获得多个锁。比如在一个对象的同步方法里面调用另一个对象的同步方法，则获得了两个对象的同步锁。

7) 同步损害并发性，应该尽可能缩小同步范围。同步不但可以同步整个方法，还可以同步方法中一部分代码块。

8) 使用同步代码块时，应该指出在哪个对象上同步，也就是说要获得哪个对象的锁，如

1 public int fix(int y){
2 synchronized(this){
3 x=x-y;
4 }
5 return x;
6 }

二、如果线程不能获得锁会怎么样

如果线程试图进入同步方法，而锁被其他线程占用，则该线程被阻塞。实际上，线程进入该对象的一种池中，必须在那里等待，直到其所被释放。

当考虑堵塞时，一定要注意哪个对象正在被用于锁定：

1、调用用一个对象中非静态同步方法的线程将被堵塞。如果是不同对象，则线程之间互不干扰。

2、调用同一个类中的静态同步方法的线程将被堵塞，它们都是锁定在相同的Cass对象上。

3、静态同步方法和非静态同步方法将永远不会彼此堵塞，因为静态方法锁定在Class对象上，非静态方法锁定在该类的对象上。

4、对于同步代码块，要看清楚什么对象已经用于锁定(synchronized后面括号的内容)。在同一个对象上进行同步的线程将被堵塞，在不同对象上的线程永远不会被堵塞。

三、锁对象

Java5中，提供了锁对象，利用锁对象可以实现资源的封锁，用来控制对竞争资源并发访问的控制，这些内容主要集中在java.util.concurrent.locks包下，主要有三个接口Condition、Lock、ReadEWriteLock。

Condition接口：
Condition将Object监视器方法(wait、notify和notifyAll)分解成截然不同的对象，以便
通过将这些对象与任意的Lock实现组合使用，为每个对象提供多个等待set(wait-set)。
Lock接口：
Lock实现提供了比使用synchronized方法和语句可获得的更广泛的锁定操作。
ReadWriteLock接口：
ReadWriteLock维护了一对相关的锁定，一个用于只读操作，另一个用于写入操作。
下面是读写锁的必要步骤：
1)构造一个ReentrantReadWriteLock对象：
private ReentrantReadWriteLock rwl=new ReentrantReadWriteLock()
2)抽取读写锁：
private Lock readLock=rwl.readLock()
private Lock writeLock=rwl.writeLock()
3)对所有的获取方法加读锁：
public double getTotalBalance(){
readLock.lock()
try{...}
finally{readLock.unlock()}
}
4)对所有的修改方法加写锁：
public double transfer(){
writeLock.lock()
try{...}
finally{writeLock.unlock()}
}

具体看个例子：

LockTest.java

package Thread; import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock; /*
* Java线程：锁
*/
public class LockTest {
public static void main(String[] args){
MyCount myCount=new MyCount("955464",10000);//创建并发访问的账户
Lock lock=new ReentrantLock();//创建一个所对象
ExecutorService pool=Executors.newCachedThreadPool();//创建一个线程池
User1 u1=new User1("张三",myCount,-4000,lock);
User1 u2=new User1("李四",myCount,6000,lock);
User1 u3=new User1("王二",myCount,-8000,lock);
User1 u4=new User1("麻子",myCount,800,lock);
//在线程池中执行各个用户的操作
pool.execute(u1);
pool.execute(u2);
pool.execute(u3);
pool.execute(u4);
pool.shutdown();//关闭线程池
}
}
class User1 implements Runnable{
private String name;//用户名
private MyCount myCount;//所要操作的账户
private int iocash;//操作的余额，有正有负
private Lock myLock;//执行操作所需的锁对象
User1(String name,MyCount myCount,int iocash,Lock myLock){
this.name=name;
this.myCount=myCount;
this.iocash=iocash;
this.myLock=myLock;
}
public void run(){
myLock.lock();//获取锁
System.out.println(name+"正在操作"+myCount+"账户，金额为："+iocash+",当前金额为："+
myCount.getCash());//执行现金任务
myCount.setCash(myCount.getCash()+iocash);
System.out.println(name+"操作"+myCount+"账户成功，金额为："+iocash+",当前金额为："+
myCount.getCash());
myLock.unlock();//释放锁，否则别的线程没有机会执行
}
}
class MyCount{
private String oid;//账户
private int cash;//余额
MyCount(String oid,int cash){
this.oid=oid;
this.cash=cash;
}
public String getOid(){
return oid;
}
public void setOid(String oid){
this.oid=oid;
}
public int getCash(){
return cash;
}
public void setCash(int cash){
this.cash=cash;
}
public String toString(){
return "MyCount{oid="+oid+",cash="+cash+"}";
}
}

结果为：

张三正在操作MyCount{oid=955464,cash=10000}账户，金额为：-4000,当前金额为：10000
张三操作MyCount{oid=955464,cash=6000}账户成功，金额为：-4000,当前金额为：6000
李四正在操作MyCount{oid=955464,cash=6000}账户，金额为：6000,当前金额为：6000
李四操作MyCount{oid=955464,cash=12000}账户成功，金额为：6000,当前金额为：12000
王二正在操作MyCount{oid=955464,cash=12000}账户，金额为：-8000,当前金额为：12000
王二操作MyCount{oid=955464,cash=4000}账户成功，金额为：-8000,当前金额为：4000
麻子正在操作MyCount{oid=955464,cash=4000}账户，金额为：800,当前金额为：4000
麻子操作MyCount{oid=955464,cash=4800}账户成功，金额为：800,当前金额为：4800

上述例子是普通的锁，不区分读写，在这里，为了提高性能，读的地方用读锁，写的地方用写锁，提高了执行效率。平时的时候尽量写读写锁，不用普通锁。

LockTest.java

package Thread; import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReadWriteLock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantReadWriteLock; /*
* Java线程：锁
*/
public class LockTest {
public static void main(String[] args){
MyCount myCount=new MyCount("955464",10000);//创建并发访问的账户
ReadWriteLock lock=new ReentrantReadWriteLock(false);//创建一个所对象
ExecutorService pool=Executors.newCachedThreadPool();//创建一个线程池
User1 u1=new User1("张三",myCount,-4000,lock,false);
User1 u2=new User1("李四",myCount,6000,lock,false);
User1 u3=new User1("王二",myCount,-8000,lock,false);
User1 u4=new User1("麻子",myCount,800,lock,false);
User1 u5=new User1("麻子它姐",myCount,0,lock,true);
//在线程池中执行各个用户的操作
pool.execute(u1);
pool.execute(u2);
pool.execute(u3);
pool.execute(u4);
pool.execute(u5);
pool.shutdown();//关闭线程池
}
}
class User1 implements Runnable{
private String name;//用户名
private MyCount myCount;//所要操作的账户
private int iocash;//操作的余额，有正有负
private ReadWriteLock myLock;//执行操作所需的锁对象
private boolean ischeck;//是否查询
User1(String name,MyCount myCount,int iocash,ReadWriteLock myLock,boolean ischeck){
this.name=name;
this.myCount=myCount;
this.iocash=iocash;
this.myLock=myLock;
this.ischeck=ischeck;
}
public void run(){
if(ischeck){
myLock.readLock().lock();//获取锁
System.out.println("读："+name+"正在查询"+myCount+",当前金额为："+
myCount.getCash());//执行现金任务
myLock.readLock().unlock();
}else{
myLock.writeLock().lock();
System.out.println("写："+name+"正在操作"+myCount+"账户，金额为："+iocash+",当前金额为："+
myCount.getCash());//执行现金任务
myCount.setCash(myCount.getCash()+iocash);
System.out.println("写："+name+"操作"+myCount+"账户成功，金额为："+iocash+",当前金额为："+
myCount.getCash());
myLock.writeLock().unlock();//释放锁，否则别的线程没有机会执行
}
}
}
class MyCount{
private String oid;//账户
private int cash;//余额
MyCount(String oid,int cash){
this.oid=oid;
this.cash=cash;
}
public String getOid(){
return oid;
}
public void setOid(String oid){
this.oid=oid;
}
public int getCash(){
return cash;
}
public void setCash(int cash){
this.cash=cash;
}
public String toString(){
return "MyCount{oid="+oid+",cash="+cash+"}";
}
}

结果为：

写：张三正在操作MyCount{oid=955464,cash=10000}账户，金额为：-4000,当前金额为：10000
写：张三操作MyCount{oid=955464,cash=6000}账户成功，金额为：-4000,当前金额为：6000
写：王二正在操作MyCount{oid=955464,cash=6000}账户，金额为：-8000,当前金额为：6000
写：王二操作MyCount{oid=955464,cash=-2000}账户成功，金额为：-8000,当前金额为：-2000
写：李四正在操作MyCount{oid=955464,cash=-2000}账户，金额为：6000,当前金额为：-2000
写：李四操作MyCount{oid=955464,cash=4000}账户成功，金额为：6000,当前金额为：4000
读：麻子它姐正在查询MyCount{oid=955464,cash=4000},当前金额为：4000
写：麻子正在操作MyCount{oid=955464,cash=4000}账户，金额为：800,当前金额为：4000
写：麻子操作MyCount{oid=955464,cash=4800}账户成功，金额为：800,当前金额为：4800

四、死锁

死锁发生的可能性很小，即使看似死锁的代码，运行时也不一定产生死锁，发生死锁的原因是：当两个线程被堵塞， 每个线程在等待另一个线程时发生死锁，一般是两个对象的锁相互等待造成的。具体例子：

DeathLockTest.java

package Thread; public class DeathLockTest {
public static void main(String[] args){
DeadlockRisk dead=new DeadlockRisk();
MyThread1 t1=new MyThread1(dead,1,2);
MyThread1 t2=new MyThread1(dead,3,4);
MyThread1 t3=new MyThread1(dead,5,6);
MyThread1 t4=new MyThread1(dead,7,8);
t1.start();
t2.start();
t3.start();
t4.start();
}
}
class MyThread1 extends Thread{
private DeadlockRisk dead;
private int a,b;
MyThread1(DeadlockRisk dead,int a,int b){
this.dead=dead;
this.a=a;
this.b=b;
}
public void run(){
dead.read();
dead.write(a,b);
}
}
class DeadlockRisk{
private static class Resource{
public int value;
}
private Resource resourceA=new Resource();
private Resource resourceB=new Resource();
public int read(){
synchronized (resourceA){
System.out.println("read():"+Thread.currentThread().getName()+"获取了resourceA的锁！");
synchronized (resourceB){
System.out.println("read():"+Thread.currentThread().getName()+"获取了resourceB的锁！");
return resourceB.value+resourceA.value;
}
}
}
public void write(int a,int b){
synchronized (resourceB){
System.out.println("write():"+Thread.currentThread().getName()+"获取了resourceA的锁！");
synchronized (resourceA){
System.out.println("write():"+Thread.currentThread().getName()+"获取了resourceB的锁！");
resourceB.value=b;
resourceA.value=a;
}
}
}
}

结果为：

read():Thread-0获取了resourceA的锁！
read():Thread-0获取了resourceB的锁！
write():Thread-0获取了resourceA的锁！
read():Thread-3获取了resourceA的锁！

这时，产生了死锁，程序不能继续运行了，但是如果修改一下，就能避免死锁。

DeathLockTest.java

package Thread; public class DeathLockTest {
public static void main(String[] args){
DeadlockRisk dead=new DeadlockRisk();
MyThread1 t1=new MyThread1(dead,1,2);
MyThread1 t2=new MyThread1(dead,3,4);
MyThread1 t3=new MyThread1(dead,5,6);
MyThread1 t4=new MyThread1(dead,7,8);
t1.start();
t2.start();
t3.start();
t4.start();
}
}
class MyThread1 extends Thread{
private DeadlockRisk dead;
private int a,b;
MyThread1(DeadlockRisk dead,int a,int b){
this.dead=dead;
this.a=a;
this.b=b;
}
public void run(){
dead.read();
dead.write(a,b);
}
}
class DeadlockRisk{
private static class Resource{
public int value;
}
private Resource resourceA=new Resource();
private Resource resourceB=new Resource();
public int read(){
synchronized (resourceA){
System.out.println("read():"+Thread.currentThread().getName()+"获取了resourceA的锁！");
synchronized (resourceB){
System.out.println("read():"+Thread.currentThread().getName()+"获取了resourceB的锁！");
return resourceB.value+resourceA.value;
}
}
}
public void write(int a,int b){
synchronized (resourceA){
System.out.println("write():"+Thread.currentThread().getName()+"获取了resourceA的锁！");
synchronized (resourceB){
System.out.println("write():"+Thread.currentThread().getName()+"获取了resourceB的锁！");
resourceB.value=b;
resourceA.value=a;
}
}
}
}

结果为：

read():Thread-0获取了resourceA的锁！
read():Thread-0获取了resourceB的锁！
read():Thread-3获取了resourceA的锁！
read():Thread-3获取了resourceB的锁！
write():Thread-3获取了resourceA的锁！
write():Thread-3获取了resourceB的锁！
read():Thread-2获取了resourceA的锁！
read():Thread-2获取了resourceB的锁！
write():Thread-2获取了resourceA的锁！
write():Thread-2获取了resourceB的锁！
read():Thread-1获取了resourceA的锁！
read():Thread-1获取了resourceB的锁！
write():Thread-1获取了resourceA的锁！
write():Thread-1获取了resourceB的锁！
write():Thread-0获取了resourceA的锁！
write():Thread-0获取了resourceB的锁！