10.3 Locks and Synchronization锁与同步

§ 1.Synchronization

§ 2.Locking

§ 3.Atomic operations

§ 4.Liveness: deadlock, starvation and livelock

§ 5.wait(), notify(), and notifyAll()

 

 

1.Synchronization 同步

 

使用锁机制，获得对数据的独家 mutation 权，其他线程被阻塞，不得访问

锁的两种操作：acquire（使一个线程取得对锁的所有权）；release（释放锁的使用权）

 

2 Locking

①Lock是Java语言提供的内嵌机制

方法：通过synchronized 陈述取得一段代码的锁

 

拥有lock的线程可独占式的执行该部分代码，Lock保护共享数据

 

②Monitor 模式 --ADT自己作lock

任何一个简单的方法都保证锁，任何方法都是互斥的，只准调用类的一个方法

 

方法：

1)synchronized(this) 保证这个类的所有rep都被lock,方法体全被包含

2)方法前加synchronized

PS：构造方法前不允许synchronized，JAVA内部保证每个new操作都是原子的

 

 

 

最好不要随便用synchronized，同步机制对性能带来巨大影响

 

PS：在静态方法前家synchronized相当于给整个类加锁，对性能带来极大损耗

 

 

③对同一个 mutable 对象的操作，必须要在各线程里用synchronized 全部保护起来, 任何共享的mutable的变量必须被lock保护

④happens before关系(在重排序优化中的原则)

用来保证前一个操作的执行结果必须对后一个操作可见，用来保证内存一致性

定义：部分规则如下

1)程序顺序规则：一个线程中的每个操作happens-before于该线程中的任意后续操作

2)对于一个监视器的解锁，happens-before于随后对这个监视器的加锁

 

 

 

3 Atomic operations原子操作

利用关键字volatile减少内存不一致发生的风险。

volatile变量所有的写操作都和随后的操作保证了一个happens-before的关系

这意味着对volatile变量的改变总是对其他变量可见的

 

 

volatile不能解决所有问题

 

synchronized相当于把多个atomic operations 组合成更大的amomic operations

 

 

4 Liveness: deadlock, starvation and livelock活性：死锁，饥饿，活锁

 

 

(1)Dead lock

死锁：多个线程竞争 lock,相互等待对方释放lock(程序就卡死在这里了)

死锁的特征是循环依赖，都在等对方

 

 

死锁发生在一个线程拥有多个锁的时候

 

 

解决方法：

1) lock ordering给锁排序

 

 

PS:首先这不是模块化的，我们需要知道所有的锁；其次对于代码很难知道哪个锁是先被使用的，需要一些计算

2 ) coarse-grained locking就用一个锁（对性能是很大的影响）

 

(2)starvation饥饿

因为其他线程 lock 时间太长，一个线程长时间无法获取其所需的资源访问权 (lock) ，导致无法往下进行

(3) Livelock活锁

1)一个线程等待另一个线程回复，另一个线程又等待下一个线程回复，活锁就产生了

2)活锁也会导致线程无法进行，只是不是被阻塞了而是忙于回复对方从而继续工作。

 

 

5 wait(),notify(),and notifyAll()

(1)

保护块：某些条件未得到满足，所以一直在空循环检测，直到条件被满足。这是极大浪费。

 

 

对于任意的类o，

o.wait():释放o的lock，进入o的等待队列，等待

o.notify():在o 的等待队列中唤醒一个线程

o.notifyAll():唤醒o的等待队列中的所有线程

 

(2)o.wait()

该操作使object所处的当前线程进入阻塞/等待状态，直到其他线程调用该对象的notify()操作

 

o.notify()/notifyAll()

随机选择一个在该对象上调用wait方法的线程，解除其阻塞状态

 

PS:这些方法必须在o被lock的时候调用，如下

 

 

 

(3)锁，同步与这些方法之间的关系