Lock&Condition

Java SDK 并发包通过 Lock 和 Condition 两个接口来实现管程, 其中 Lock 用于解决互斥问题, Condition 用于解决同步问题.

再造管程的理由

synchronized 无法解决 不可抢占条件.

破坏不可抢占条件的三个方法

能够响应中断. 使阻塞状态线程能够响应中断信号 Lock.lockInterruptibly()
支持超时. 使线程阻塞一定时间后, 退出阻塞 Lock.tryLock(long time, TimeUnit unit)
非阻塞地获取锁. 无法获得锁后, 不进入阻塞 Lock.tryLock()

保证可见性

利用 volatile 相关的 Happens-Before 规则一个 volatile 修饰的变量 state

用锁的最佳实践

永远只在更新对象的成员变量的时候加锁
永远只在访问可变的成员变量的时候加锁
永远不在调用其他对象的方法时加锁

同步和异步

调用方需要等待结果是同步调用方不需要等待结果是异步

Semaphore

信号量一个计数器, 一个等待队列, 三个方法

三个方法

init() 设置计数器的初始值 0-初始值代表有多少线程在等待
down() 计数器值减 1, 如果此时计数器的值小于0, 当前线程将被阻塞, 否则当前线程可以继续执行
up() 计数器值加 1, 如果此时计数器的值小于等于0, 则唤醒等待队列中的一个线程, 并将其移除等待队列

acquire()

down()操作

release()

up()操作

限流功能

可以允许多个线程访问一个临界区

ReadWriteLock

读写锁 1 允许多个线程同时读共享变量 2 只允许一个线程写共享变量 3 如果有一个线程正在执行写操作, 此时禁止读线程读共享变量

缓存的初始化

分为一次性加载和按需加载

一次性加载

适合缓存数据量不大的情况, 在应用启动的时候加载

按需加载

适合源头数据量非常大的时候, 也叫懒加载

实现按需加载

class Cache<K,V> {
  final Map<K, V> m =
    new HashMap<>();
  final ReadWriteLock rwl = 
    new ReentrantReadWriteLock();
  final Lock r = rwl.readLock();
  final Lock w = rwl.writeLock();
 
  V get(K key) {
    V v = null;
    // 读缓存
    r.lock();         ①
    try {
      v = m.get(key); ②
    } finally{
      r.unlock();     ③
    }
    // 缓存中存在，返回
    if(v != null) {   ④
      return v;
    }  
    // 缓存中不存在，查询数据库
    w.lock();         ⑤
    try {
      // 再次验证
      // 其他线程可能已经查询过数据库
      v = m.get(key); ⑥
      if(v == null){  ⑦
        // 查询数据库
        v= 省略代码无数
        m.put(key, v);
      }
    } finally{
      w.unlock();
    }
    return v; 
  }
}

StampedLock

不可重入 java1.8 读多写死场景, 性能比读写锁好 StampedLock 支持三种模式, 写锁/ 悲观读锁和乐观读锁写锁与悲观读锁互斥. 写锁和悲观读锁加锁成功之后, 都会返回一个stamp; 解锁的时候需要传入这个stamp

final StampedLock sl = 
  new StampedLock();
  
// 获取 / 释放悲观读锁示意代码
long stamp = sl.readLock();
try {
  // 省略业务相关代码
} finally {
  sl.unlockRead(stamp);
}

// 获取 / 释放写锁示意代码
long stamp = sl.writeLock();
try {
  // 省略业务相关代码
} finally {
  sl.unlockWrite(stamp);
}

StampedLock 的性能之所以比 ReadWriteLock 还要好, 其关键是 StampedLock 支持乐观读的方式, 其允许一个线程获取写锁, 也就是说不是所有写操作都被阻塞.

读模板

final StampedLock sl = 
  new StampedLock();

// 乐观读
long stamp = 
  sl.tryOptimisticRead();
// 读入方法局部变量
......
// 校验 stamp
if (!sl.validate(stamp)){
  // 升级为悲观读锁
  stamp = sl.readLock();
  try {
    // 读入方法局部变量
    .....
  } finally {
    // 释放悲观读锁
    sl.unlockRead(stamp);
  }
}
// 使用方法局部变量执行业务操作
......

写模板

long stamp = sl.writeLock();
try {
  // 写共享变量
  ......
} finally {
  sl.unlockWrite(stamp);
}

CountDownLatch和CyclicBarrier

CountDownLatch 有个计数器, 可实现主线程等待 N 个线程执行完再执行 CyclicBarrier 可以实现线程同步, 可以实现一组线程互相等待