【Java并发编程学习 9】深入锁的概念

深入锁的概念

什么是锁
理解数据库锁

乐观锁
悲观锁
锁表的方式

Java锁的概念

重入锁
读写锁
CAS无锁模式
原子类

分布式锁

什么是锁

简单来说锁就是作为并发共享数据，保证一致性的工具。

理解数据库锁

乐观锁

version（版本）方式：一般是在数据表中加上一个数据版本号version字段，表示数据被修改的次数，当数据被修改时，version值会加一。（注意：sql语句执行是有原子性的）

例子1：五个人抢购一件商品，就有五条线程，也在同时五个人拿了一条一样的SQL去数据执行：

//goodsNumber代表商品数量 ，只有一件goodsNumber=1
update  表名  set  goodsNumber = goodsNumber-1

假如我只有一个商品，这条SQL会出现什么，会依次执行五次，我商品都小于0了，你还在执行，如果我使用乐观锁的方式，看下面例子

例子2：五个人抢购一件商品，就有五条线程，也在同时五个人拿了一条一样的SQL去数据执行：

//goodsNumber代表商品数量 ，只有一件goodsNumber=1
//在这条sql中goodsNumber也代表version（版本）
update  表名  set  goodsNumber = goodsNumber-1  where  goodsNumber>0

假如我只有一个商品，这条SQL会出现什么，会执行一次，因为后面的第一个人执行完了，后面的人执行条件判断就不正确，就执行不成功

这就是 version（版本）方式：一般是在数据表中加上一个数据版本号version字段，表示数据被修改的次数，当数据被修改时，version值会加一。

当线程A要更新数据值时先进行读取version值，在进行更新时，若A线程读取到的version值为当前数据库中的version值相等时才更新，否则不进行更新操作。

核心SQL语句
update table set x=x+1, version=version+1 where id=#{id} and version=#{version};

悲观锁

总是假设最坏的情况，每次取数据时都认为其他线程会修改，所以都会加锁（读锁、写锁、行锁等），当其他线程想要访问数据时，都需要阻塞挂起。和Java中，synchronized的思想是一样，也可以统一称为悲观锁。

使用方式：
注：要使用悲观锁，我们必须关闭mysql数据库的自动提交属性，因为MySQL默认使用autocommit模式，也就是说，当你执行一个更新操作后，MySQL会立刻将结果进行提交。

我们可以先使用命令设置MySQL为非autocommit模式：

set autocommit=0;

设置完autocommit后，我们就可以执行我们的正常业务了。具体如下：

//0.开始事务
begin;/begin work;/start transaction; (三者选一就可以)

//1.查询出商品信息   
//注：下调sql的后面的for update是开启悲观锁的主要操作
select status from t_goods where id=1 for update;

//2.根据商品信息生成订单
insert into t_orders (id,goods_id) values (null,1);

//3.修改商品status为2
update t_goods set status=2;

//4.提交事务
commit;/commit work;

锁表的方式

这个一般是不会有人用了

主要操作就是创建一个锁表，当我们要锁住某个方法或资源时，我们就在该表中增加一条记录，想要释放锁的时候就删除这条记录。

非常垃圾的方式：

这把锁依赖数据库的可用性，数据库是一个单点，一旦数据库挂掉，会导致业务系统不可用。
这把锁没有失效时间，一旦解锁操作失败，就会导致锁记录一直在数据库中，其他线程无法再获得到锁。
这把锁只能是非阻塞的，因为数据的insert操作，一旦插入失败就会直接报错。没有获得锁的线程并不会进入排队队列，要想再次获得锁就要再次触发获得锁操作。
这把锁是非重入的，同一个线程在没有释放锁之前无法再次获得该锁。因为数据中数据已经存在了。

Java锁的概念

重入锁

简单来说重入锁就是：某个线程已经获得某个锁，可以再次获取锁，又再次获得锁，而不会出现死锁。

在JAVA环境下 ReentrantLock（Lock）和synchronized 都是可重入锁
代码示例1：

package com.lijie;

public class Test implements Runnable {
    public synchronized void get() {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " get();");
    }

    public synchronized void set() {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " set();");
        get();
    }

    public void run() {
        set();
    }

    public static void main(String[] args) {
        Test ss = new Test();
        new Thread(ss).start();
        new Thread(ss).start();
        new Thread(ss).start();
        new Thread(ss).start();
    }
}

代码示例2：

package com.lijie;

import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

public class Test02 extends Thread {
    ReentrantLock lock = new ReentrantLock();

    public void get() {
        lock.lock();
        System.out.println(Thread.currentThread().getId());
        lock.unlock();
    }

    public void set() {
        lock.lock();
        System.out.println(Thread.currentThread().getId());
        get();
        lock.unlock();
    }

    public void run() {
        set();
    }

    public static void main(String[] args) {
        Test ss = new Test();
        new Thread(ss).start();
        new Thread(ss).start();
        new Thread(ss).start();
    }
}

读写锁

相比Java中的重入锁来说，读写锁更复杂一些。

在没有写操作的时候，两个线程同时读一个资源没有任何问题，所以应该允许多个线程能在同时读取共享资源。

但是如果有俩个线程一直在进行读和写操作时，就会出现数据错乱的问题。这个时候就应该保证写的时候别人不能写，别人也不能读。

总结就是：（读和读能共存，读和写不能共存，写和写不能共存）

代码示例：

package com.lijie;

import java.util.HashMap;
import java.util.Map;
import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantReadWriteLock;

public class Cache {
    static Map<String, Object> map = new HashMap<String, Object>();
    static ReentrantReadWriteLock rwl = new ReentrantReadWriteLock();
    //创建一个读锁
    static Lock r = rwl.readLock();
    //创建一个写锁
    static Lock w = rwl.writeLock();

    // 获取一个key对应的value
    public static final Object get(String key) {
        r.lock();
        try {
            System.out.println("正在做读的操作,key:" + key + " 开始");
            Thread.sleep(100);
            Object object = map.get(key);
            System.out.println("正在做读的操作,key:" + key + " 结束");
            System.out.println();
            return object;
        } catch (InterruptedException e) {

        } finally {
            r.unlock();
        }
        return key;
    }

    // 设置key对应的value，并返回旧有的value
    public static final Object put(String key, Object value) {
        w.lock();
        try {
            System.out.println("正在做写的操作,key:" + key + ",value:" + value + "开始.");
            Thread.sleep(100);
            Object object = map.put(key, value);
            System.out.println("正在做写的操作,key:" + key + ",value:" + value + "结束.");
            System.out.println();
            return object;
        } catch (InterruptedException e) {

        } finally {
            w.unlock();
        }
        return value;
    }

    // 清空所有的内容
    public static final void clear() {
        w.lock();
        try {
            map.clear();
        } finally {
            w.unlock();
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        new Thread(new Runnable() {

            public void run() {
                for (int i = 0; i < 10; i++) {
                    Cache.put(i + "", i + "");
                }

            }
        }).start();
        new Thread(new Runnable() {

            public void run() {
                for (int i = 0; i < 10; i++) {
                    Cache.get(i + "");
                }

            }
        }).start();
    }
}

CAS无锁模式

什么是CAS
CAS：Compare and Swap，即比较再交换。
jdk5增加了并发包java.util.concurrent.*,其下面的类使用CAS算法实现了区别于synchronouse同步锁的一种乐观锁。JDK 5之前Java语言是靠synchronized关键字保证同步的，这是一种独占锁，也是是悲观锁。
简单来说就是Jdk中的原子类来实现CAS无锁模式的算法

CAS算法理解
（1）与锁相比，使用比较交换（下文简称CAS）会使程序看起来更加复杂一些。但由于其非阻塞性，它对死锁问题天生免疫，并且，线程间的相互影响也远远比基于锁的方式要小。更为重要的是，使用无锁的方式完全没有锁竞争带来的系统开销，也没有线程间频繁调度带来的开销，因此，它要比基于锁的方式拥有更优越的性能。

（2）无锁的好处：
第一，在高并发的情况下，它比有锁的程序拥有更好的性能；
第二，它天生就是死锁免疫的。
（就凭借这两个优势，就值得我们冒险尝试使用无锁的并发。）

（3）CAS算法的过程是这样：它包含三个参数CAS(V,E,N): V表示要更新的变量，E表示预期值，N表示新值。仅当V值等于E值时，才会将V的值设为N，如果V值和E值不同，则说明已经有其他线程做了更新，则当前线程什么都不做。最后，CAS返回当前V的真实值。

（4）CAS操作是抱着乐观的态度进行的，它总是认为自己可以成功完成操作。当多个线程同时使用CAS操作一个变量时，只有一个会胜出，并成功更新，其余均会失败。失败的线程不会被挂起，仅是被告知失败，并且允许再次尝试，当然也允许失败的线程放弃操作。基于这样的原理，CAS操作即使没有锁，也可以发现其他线程对当前线程的干扰，并进行恰当的处理。

（5）简单地说，CAS需要你额外给出一个期望值，也就是你认为这个变量现在应该是什么样子的。如果变量不是你想象的那样，那说明它已经被别人修改过了。你就重新读取，再次尝试修改就好了。

（6）在硬件层面，大部分的现代处理器都已经支持原子化的CAS指令。在JDK 5.0以后，虚拟机便可以使用这个指令来实现并发操作和并发数据结构，并且，这种操作在虚拟机中可以说是无处不在。

原子类

1、什么是原子类
java.util.concurrent.atomic包：是原子类的小工具包，支持在单个变量上解除锁的线程安全编程
原子变量类相当于一种泛化的 volatile 变量，能够支持原子的和有条件的读-改-写操作。

比如：AtomicInteger 表示一个int类型的值，并提供了 get 和 set 方法，这些 Volatile 类型的int变量在读取和写入上有着相同的内存语义。它还提供了一个原子的 compareAndSet 方法（如果该方法成功执行，那么将实现与读取/写入一个 volatile 变量相同的内存效果），以及原子的添加、递增和递减等方法。AtomicInteger 表面上非常像一个扩展的 Counter 类，但在发生竞争的情况下能提供更高的可伸缩性，因为它直接利用了硬件对并发的支持。

简单来说就是原子类来实现CAS无锁模式的算法

2、如果同一个变量要被多个线程访问，则可以使用该包中的原子类
AtomicBoolean
AtomicInteger
AtomicLong
AtomicReference

3、代码示例：

package com.lijie;

import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;

public class Test0001 implements Runnable {
	//创建原子性int类
	private static AtomicInteger atomic = new AtomicInteger();

	public void run() {
		while (true) {
			int count = getCountAtomic();
			System.out.println(count);
			if (count >= 150) {
				break;
			}
		}
	}

	//原子性加一方法
	public Integer getCountAtomic() {
		try {
			Thread.sleep(50);
		} catch (Exception e) {

		}
		//原子性加一方法
		return atomic.incrementAndGet();
	}

	public static void main(String[] args) {
		Test0001 test0001 = new Test0001();
		Thread t1 = new Thread(test0001);
		Thread t2 = new Thread(test0001);
		t1.start();
		t2.start();
	}
}

分布式锁

分布式锁的解决方案

1.利用Redis缓存
2.利用Zookeeper
3.利用数据库

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