什么是“死锁”和“饥饿”
死锁: 可以认为是两个线程或进程在请求对方占有的资源。
饥饿:一个线程在无限地等待另外两个或多个线程相互传递使用并且用不会释放的资源。
出现以下四种情况会产生死锁:
1,相互排斥。一个线程或进程永远占有共享资源,比如,独占该资源。
2,循环等待。例如,进程A在等待进程B,进程B在等待进程C,而进程C又在等待进程A。
3,部分分配。资源被部分分配,例如,进程A和B都需要访问一个文件,同时需要用到打印机,进程A得到了这个文件资源,进程B得到了打印机资源,但两个进程都不能获得全部的资源了。
4,缺少优先权。一个进程获得了该资源但是一直不释放该资源,即使该进程处于阻塞状态。
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死锁和活锁的区别:活锁和死锁很像似。 只是活锁的状态可以发生改变。不过虽然状态可以改变,却没有实质的进展。比如两个人在一个很宅的胡同里。 一次只能并排过两个人。 两人比较礼貌,都要给对方让路。 结果一起要么让到左边,要么让到右边,结果仍然是谁也过不去。 类似于原地踏步或者震荡状态。
活锁一般是由于对死锁的不正确处理引起的。由于处于死锁中的多个线程同时采取了行动。 而避免的方法也是只让一个线程释放资源。
Java锁有哪些种类,以及区别
一、公平锁/非公平锁
公平锁是指多个线程按照申请锁的顺序来获取锁。
非公平锁是指多个线程获取锁的顺序并不是按照申请锁的顺序,有可能后申请的线程比先申请的线程优先获取锁。有可能,会造成优先级反转或者饥饿现象。
对于Java ReentrantLock而言,通过构造函数指定该锁是否是公平锁,默认是非公平锁。非公平锁的优点在于吞吐量比公平锁大。
对于Synchronized而言,也是一种非公平锁。由于其并不像ReentrantLock是通过AQS的来实现线程调度,所以并没有任何办法使其变成公平锁。
二、可重入锁
可重入锁又名递归锁,是指在同一个线程在外层方法获取锁的时候,在进入内层方法会自动获取锁。说的有点抽象,下面会有一个代码的示例。
对于Java ReentrantLock而言, 他的名字就可以看出是一个可重入锁,其名字是Re entrant Lock重新进入锁。
对于Synchronized而言,也是一个可重入锁。可重入锁的一个好处是可一定程度避免死锁。
synchronized void setA() throws Exception{
Thread.sleep(1000);
setB();
}
synchronized void setB() throws Exception{
Thread.sleep(1000);
}
上面的代码就是一个可重入锁的一个特点,如果不是可重入锁的话,setB可能不会被当前线程执行,可能造成死锁。
三、独享锁/共享锁
独享锁是指该锁一次只能被一个线程所持有。
共享锁是指该锁可被多个线程所持有。
对于Java
ReentrantLock而言,其是独享锁。但是对于Lock的另一个实现类ReadWriteLock,其读锁是共享锁,其写锁是独享锁。
读锁的共享锁可保证并发读是非常高效的,读写,写读 ,写写的过程是互斥的。
独享锁与共享锁也是通过AQS来实现的,通过实现不同的方法,来实现独享或者共享。
对于Synchronized而言,当然是独享锁。
四、互斥锁/读写锁
上面讲的独享锁/共享锁就是一种广义的说法,互斥锁/读写锁就是具体的实现。
互斥锁在Java中的具体实现就是ReentrantLock
读写锁在Java中的具体实现就是ReadWriteLock
五、乐观锁/悲观锁
乐观锁与悲观锁不是指具体的什么类型的锁,而是指看待并发同步的角度。
悲观锁认为对于同一个数据的并发操作,一定是会发生修改的,哪怕没有修改,也会认为修改。因此对于同一个数据的并发操作,悲观锁采取加锁的形式。悲观的认为,不加锁的并发操作一定会出问题。
乐观锁则认为对于同一个数据的并发操作,是不会发生修改的。在更新数据的时候,会采用尝试更新,不断重新的方式更新数据。乐观的认为,不加锁的并发操作是没有事情的。
从上面的描述我们可以看出,悲观锁适合写操作非常多的场景,乐观锁适合读操作非常多的场景,不加锁会带来大量的性能提升。
悲观锁在Java中的使用,就是利用各种锁。
乐观锁在Java中的使用,是无锁编程,常常采用的是CAS算法,典型的例子就是原子类,通过CAS自旋实现原子操作的更新。
六、分段锁
分段锁其实是一种锁的设计,并不是具体的一种锁,对于ConcurrentHashMap而言,其并发的实现就是通过分段锁的形式来实现高效的并发操作。
我们以ConcurrentHashMap来说一下分段锁的含义以及设计思想,ConcurrentHashMap中的分段锁称为Segment,它即类似于HashMap(JDK7与JDK8中HashMap的实现)的结构,即内部拥有一个Entry数组,数组中的每个元素又是一个链表;同时又是一个ReentrantLock(Segment继承了ReentrantLock)。
当需要put元素的时候,并不是对整个hashmap进行加锁,而是先通过hashcode来知道他要放在那一个分段中,然后对这个分段进行加锁,所以当多线程put的时候,只要不是放在一个分段中,就实现了真正的并行的插入。
但是,在统计size的时候,可就是获取hashmap全局信息的时候,就需要获取所有的分段锁才能统计。
分段锁的设计目的是细化锁的粒度,当操作不需要更新整个数组的时候,就仅仅针对数组中的一项进行加锁操作。
七、偏向锁/轻量级锁/重量级锁
这三种锁是指锁的状态,并且是针对Synchronized。在Java
5通过引入锁升级的机制来实现高效Synchronized。这三种锁的状态是通过对象监视器在对象头中的字段来表明的。
偏向锁是指一段同步代码一直被一个线程所访问,那么该线程会自动获取锁。降低获取锁的代价。
轻量级锁是指当锁是偏向锁的时候,被另一个线程所访问,偏向锁就会升级为轻量级锁,其他线程会通过自旋的形式尝试获取锁,不会阻塞,提高性能。
重量级锁是指当锁为轻量级锁的时候,另一个线程虽然是自旋,但自旋不会一直持续下去,当自旋一定次数的时候,还没有获取到锁,就会进入阻塞,该锁膨胀为重量级锁。重量级锁会让其他申请的线程进入阻塞,性能降低。
八、自旋锁
在Java中,自旋锁是指尝试获取锁的线程不会立即阻塞,而是采用循环的方式去尝试获取锁,这样的好处是减少线程上下文切换的消耗,缺点是循环会消耗CPU。
典型的自旋锁实现的例子,可以参考自旋锁的实现
谁用锁使用锁
为什么加锁?
面试中有很多时候会问到,为什么加锁?加锁是起到什么作用?
而实际上在我们的开发过程中会出现并发的情况,比如说两个人几乎同时点击了某一个按钮,这个时候就可以简单的理解成并发,那么到底谁先谁后? 程序中就很可能出现错误,当资源出现共享的时候,就会开始涉及到并发了,这个时候我们就可能会用到锁了,来锁住某一个资源,等我用过之后,你才能动。 这就是为什么使用锁。
锁的分类
公平锁/非公平锁
可重入锁
独享锁/共享锁
互斥锁/读写锁
乐观锁/悲观锁
分段锁
偏向锁/轻量级锁/重量级锁
自旋锁
第一次分享,我们就先说这个公平锁和非公平锁。之后会在后序的文章中继续解析!
何为公平?何为非公平?在我们日常生活中的理解不就是对等的就是公平,不对等的就是不公平? 其实差不多的。
公平锁是指多个线程按照申请锁的顺序来获取锁
非公平锁是指多个线程获取锁的顺序并不是按照申请锁的顺序,有可能后申请的线程比先申请的线程优先获取锁。有可能,会造成优先级反转或者饥饿现象。
在JAVA的代码中什么是公平锁什么又是非公平的锁呢?
一种是使用Java自带的关键字synchronized对相应的类或者方法以及代码块进行加锁,
而另一种是ReentrantLock,前者只能是非公平锁,而后者是默认非公平但可实现公平的一把锁。
上面的类图看起来很不舒服,因为关于ReentrantLock这个锁,确实是没有很好的配图,我们可以自己画出来理解一下
我们先看非公平锁,我画图大家理解一下,就像公共厕所,不要嫌弃恶心,但是绝对容易理解
上面这幅图,加入说图中的管理员是Lock,然后现在A来了,说我要去厕所,这时候管理员一看,厕所没人,那好你进去把,然后A就进去了。
这个时候WC里面是有A的,正在进行式,这时候B来了,B也想去厕所
但是这个时候WC里面是有A的,然后管理员Lock看了一下,里面有人,排队把。。。
然后这B就得憋着,去进入队列去排队,然后又来了个C,这时候A还在里面,C只能也去排队,
就是这个样子的
这时候又过了一小会来了个D,也想去WC,这时候A恰好结束了,
这时候非公平锁就上场了,Lock管理员一看,里面没人,D你进去把,这时候就是这样的。