• Java中锁的使用及死锁、快速幂

    Java中锁的使用及死锁

    1 Java中锁的使用

    1.1 synchronized

    ①修饰一个代码块，被修饰的代码称为同步语句块，其作用的范围是大括号{}括起来的代码，作用的对象是调用这个代码块的对象；
    【修饰代码块】

    ②修饰一个方法，被修饰的方法称为同步方法，其作用的范围是整个方法，作用的对象是调用这个方法的对象。
    【修饰方法】

    ③修饰一个静态的方法，其作用的范围是整个静态方法，作用的对象是这个类的所有对象。【修饰静态方法】

    ④修饰一个类，其作用的范围是synchronized后面括号括起来的部分，作用的对象是这个类的所有对象。
    【修饰类】

    1.1.1 sync修饰代码块

    一个线程访问一个对象中的synchronized(this)同步代码块时，其他试图访问该对象的线程将被阻塞

    package demo;

public class Sync1 {

    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("使用sync修饰代码块");
        SyncThread syncThread = new SyncThread();
        Thread threadA = new Thread(syncThread, "threadA");
        Thread threadB = new Thread(syncThread, "threadB");
        threadA.start();
        threadB.start();
    }


}
class SyncThread implements Runnable {

    private static int count;

    public SyncThread(){
        count = 0;
    }

    @Override
    public void run() {
        synchronized (this){
            for(int i = 0; i < 5; i++){
                try{
                    System.out.println("线程名：" + Thread.currentThread().getName() + ":" + (count++));
                    Thread.sleep(100);
                } catch (Exception e){
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }
    }

    public int getCount(){
        return count;
    }
}


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    在定义接口方法时不能使用synchronized关键字。
构造方法不能使用synchronized关键字，但可以使用synchronized代码块来进行同步。

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    1.1.2 sync修饰方法

    new Thread()的时候使用同一个对象重写Thread的run

    public class Sync2 {

    public static void main(String[] args) {
        //使用同一个对象syncThread2
        SyncThread2 syncThread2 = new SyncThread2();
        Thread threadA = new Thread(() -> syncThread2.run(), "threadA");
        Thread threadB = new Thread(() -> syncThread2.run(),  "threadB");
        threadA.start();
        threadB.start();
    }
}

class SyncThread2 implements Runnable{
    static int count = 0;
    @Override
    public synchronized void run() {
        for(int i = 0; i < 5; i++){
            System.out.println("线程名：" + Thread.currentThread().getName() + ":" + (count++));
            try {
                Thread.sleep(300);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

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    synchronized修饰普通方法的时候，锁的是this对象，锁的是当前调用方法的对象
- 因此用同一个对象调用的时候是同步的
- 用两个不同的对象调用，不能保证同步，因为不是同一把锁

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    1.1.3 sync修饰静态方法

    锁的是类的class【Sync3.class】

    public class Sync3 {
    static int count = 0;

    //用sync修饰静态方法
    public synchronized static void run() {
        try {
            for (int i = 0; i < 5; i++) {
                System.out.println("线程名：" + Thread.currentThread().getName() + "：" + (count++));
                Thread.sleep(300);
            }
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        //使用不同对象访问
        Sync3 sync1 = new Sync3();
        Sync3 sync2 = new Sync3();
        Thread threadA = new Thread(() -> sync1.run(), "threadA");
        Thread threadB = new Thread(() -> sync2.run(), "threadB");
        threadA.start();
        threadB.start();
    }
}

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    1.1.4 sync修饰一个类

    锁的是类的class字节码，因此虽然是两个不同的对象调用方法，但是都是同一个类，共用一把锁

    public class Sync4 {
    int count = 0;
    public static void main(String[] args) {
        Sync4 sync1 = new Sync4();
        Sync4 sync2 = new Sync4();
        new Thread(() -> sync1.run(), "threadA").start();
        new Thread(() -> sync2.run(), "threadB").start();
    }

    public void run(){
        synchronized (Sync4.class){
            System.out.println("sync修饰类：锁住类的class字节码-----");
            for(int i = 0; i < 5; i++){
                System.out.println("当前线程名：" + Thread.currentThread().getName() + ":" + (count++));
                try {
                    Thread.sleep(300);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }
    }
}

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    1.2 Lock锁

    JDK1.5之后新增的Lock接口及相关实现类

    相比于synchronized来说，Lock锁更加的灵活，可以控制什么时候获取锁，什么时候释放锁

    实现类：ReentrantLock、ReentrantReadWriteLock.ReadLock ， ReentrantReadWriteLock.WriteLock

    因为Lock锁是接口，因此使用的时候要结合它的实现类，finally语句块是保证获取到锁之后，锁能够最终被释放

    Lock lock = new ReentrantLock();
lock.lock();
try{
}finally{
	lock.unlock();
}

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    【注意：最好不要把锁的获取过程卸载try语句块中，因为如果在获取锁时发生了异常，异常抛出的同时也会导致锁不容易释放】

    1.2.1 Lock锁的基础使用

    注意：由于Lock锁过于复杂，此处仅展示基础用法，详细说明不在此叙述

    public class LockDemo {

    private Lock lock = new ReentrantLock();

    static int count = 0;

    public static void main(String[] args) {
        LockDemo lockDemo = new LockDemo();//因为此处lock锁是类属性，所以为需要用同一个对象

        Thread threadA = new Thread(() -> lockDemo.run(),"threadA");
        Thread threadB = new Thread(() -> lockDemo.run(), "threadB");
        threadA.start();
        threadB.start();

    }

    public void run() {
        lock.lock();
        try {
            System.out.println("Lock锁演示....");
            for (int i = 0; i < 5; i++) {
                System.out.println("线程名：" + Thread.currentThread().getName() + ":" + (count++));
                Thread.sleep(300);
            }
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }finally {
            System.out.println("==========");
            lock.unlock();
        }
    }
}


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    其他用法：

    • tryLock
    • interruptlock
    • delay

    详细见：https://blog.csdn.net/caideb/article/details/85289790

    1.3 Lock锁与synchronized特点及区别

    【1】synchronized特点：

    • synchronized具有同步功能，是一种互斥锁。synchronized修饰普通方法的时候，锁的是this，是调用方法的对象。修饰静态方法的时候，锁的是字节码文件。
    • synchronized可以用来修饰代码块和方法
    • synchronized可以保证原子性，有序性，可见性。（volatile不能保证原子）
    • synchronized底层由JVM实现，不能手动控制锁的释放，不如lock锁灵活，synchronized修饰的方法一旦出现异常，JVM保证锁会被释放（Lock锁需要在finally中释放）
    • synchronized是非公平锁，不保证公平性。

    【2】Lock锁特点：

    • 尝试非阻塞地获取锁
    • 能被中断地获取锁
    • 超时获取锁
    • 发生异常不会释放锁

    【3】区别

    • sync是关键字，内置语言实现，Lock是接口
    • sync在线程发生异常时会自动释放，不会发生死锁。Lock异常时不会自动释放，需要在finally中手动释放
    • Lock是可中断锁，sync是非中断锁，必须等线程执行完成才释放锁
    • Lock可以使用读锁来提高多线程读效率

    2 死锁问题

    2.1 手写一个死锁

    思路：
    ①创建两个字符串a和b
    ②创建两个线程A和B
    ③让每个线程都用synchronized锁住字符串（A先锁字符串a，再去锁b；线程B先锁字符串b再锁a）
    ④如果A锁住a，B锁住b，A就无法锁住b，B也无法再锁住a，这个时候就产生了死锁

    
public class MyDeadLock {
    public static String obj1 = "obj1";
    public static String obj2 = "obj2";

    public static void main(String[] args) {
        //线程A先获取obj1
        Thread threadA = new Thread(new Lock1());
        //线程B先获取obj2
        Thread threadB = new Thread(new Lock2());
        threadA.start();
        threadB.start();
    }


}

class Lock1 implements Runnable {

    @Override
    public void run() {
        try {
            System.out.println("Lock1 running...");
            while (true) {
                //以字符串obj1为锁
                synchronized (MyDeadLock.obj1) {
                    System.out.println("Lock1 lock obj1");
                    //获取到obj1资源后先让线程A等一会，让Lock2有足够的时间锁住obj2
                    Thread.sleep(3000);
                    //线程A尝试获取obj2
                    synchronized (MyDeadLock.obj2) {
                        System.out.println("Lock1 lock obj2");
                    }
                }
            }
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}


class Lock2 implements Runnable {

    @Override
    public void run() {
        try {
            System.out.println("Lock2 is running");
            while (true) {
                //获取obj2
                synchronized (MyDeadLock.obj2) {
                    System.out.println("Lock2 lock obj2");
                    Thread.sleep(3000);
                    //尝试获取obj1
                    synchronized (MyDeadLock.obj1) {
                        System.out.println("Lock2 lock obj1");
                    }
                }
            }
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

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    测试死锁：
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    我们也可以通过Lambda方式实现死锁：

    public class DeadLockDemo2 {

    //使用Lambda方式实现
    //以DeadLockDemo2.class 和 Object.class分别作为两个互斥资源
    public static void main(String[] args) {

        new Thread(() -> {
            System.out.println("threadA is running----------");
            try {
                synchronized (DeadLockDemo2.class) {
                    System.out.println("threadA is get obj1");
                    Thread.sleep(3000);
                    synchronized (Object.class) {
                        System.out.println("threadA is get obj2");
                    }
                }
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }).start();

        new Thread(() -> {
            System.out.println("threadB is running---------");
            try {
                synchronized (Object.class) {
                    System.out.println("threadB is get obj2");
                    Thread.sleep(3000);
                    synchronized (DeadLockDemo2.class) {
                        System.out.println("threadB is get obj1");
                    }
                }
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }).start();
    }
}

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    最简单方式实现死锁：

    public class DeadLockDemo {

    //资源1
    private static Object resources1 = new Object();
    //资源2
    private static Object resources2 =new Object();

    public static void main(String[] args) {
        new Thread(()->{
            synchronized (resources1){
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " get resources1");
                try {
                    Thread.sleep(1000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " waiting get resources2");
                synchronized (resources2){
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " get resources2");
                }
            }

        }, "thread1").start();

        new Thread(()->{
            synchronized (resources2){
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " get resources2");
                try {
                    Thread.sleep(1000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " waiting get resources1");
                synchronized (resources1){
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " get resources1");
                }
            }
        }, "thread2").start();
    }
}

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    解决死锁之一— —破坏循环等待条件：

    public class DeadLockDemo {

    //资源1
    private static Object resources1 = new Object();
    //资源2
    private static Object resources2 =new Object();

    public static void main(String[] args) {
        new Thread(()->{
            synchronized (resources1){
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " get resources1");
                try {
                    Thread.sleep(1000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " waiting get resources2");
            }
            //破坏循环等待条件
            synchronized (resources2){
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " get resources2");
            }

        }, "thread1").start();

        new Thread(()->{
            synchronized (resources2){
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " get resources2");
                try {
                    Thread.sleep(1000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " waiting get resources1");
            }
            //破坏循环等待，不要嵌套sync
            synchronized (resources1){
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " get resources1");
            }
        }, "thread2").start();
    }
}

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    2.2 查看java进程中是否包含死锁（排查死锁）

    ①通过在cms窗口输入jsp命令获取到当前正在运行的java进程
    在这里插入图片描述
    这个时候我们怀疑进程号为14648的Java进程存在问题。

    ②通过jstack+PID（进程号）判断该进程是否存在死锁

    在命令行输入：
jstack 14648

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    在这里插入图片描述
    可以发现成功发现1个死锁

    2.3 死锁产生原因及条件

    • 死锁产生原因：
    1. 系统资源不足
2. 进程运行推进的顺序不合适
3. 资源分配不当

"如果系统资源充足，进程的资源请求都能够得到满足，死锁出现的可能性就很低，否则可能会因
争夺有限的资源而陷入死锁。"

"其次，如果进程运行推进的顺序与速度不同，也可能产生死锁"

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    • 产生死锁的四个必要条件：
    1. 互斥条件：一个资源每次只能被一个进程使用
2. 请求与保持条件：一个进程因请求资源而阻塞时，对已获得的资源保持不放
3. 不剥夺条件：进程已获得的资源，在未使用完之前，不能强行剥夺
4. 循环等待条件：若干进程之间形成一种头尾相接的循环等待资源关系

"只要上述4个条件有一个不满足，就不会发生死锁"

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    2.4 死锁的解除与预防

    既然上述4个条件必须全部满足，那么我们可以通过破坏其中之一来解除死锁

1）破坏"请求和保持"条件
让进程不要那么`贪心`，自己已经有资源了就不要去竞争那些不可抢占的资源。
如：
①让进程一次性申请所有需要用到的资源，不要一次一次申请，当申请的资源没有空时，就让线程等
待，但是这个方法比较浪费资源，线程可能经常处于饥饿状态。
②要求进程在申请资源前，释放自己拥有的所有资源

2）破坏"不可抢占"条件
允许进程进行抢占
①如果线程去抢资源，被拒绝（失败），就释放自己的资源
②操作系统允许抢，只要你优先级大，你就可以抢到

3）破坏"循环等待"条件
将系统中的所有资源进行统一编号，进程可以在任何时刻提出资源申请，但所有申请必须按照资源
的编号顺序（升序）提出

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    2.5 死锁的监测

    1. 每个进程、每个资源制定唯一编号

    2. 设定一张资源分配表，记录各进程与占用资源之间的关系
      在这里插入图片描述

    3. 设置一张进程等待表，记录各进程与要申请资源之间的关系
      在这里插入图片描述

    3 拓展（快速幂）

    3.1 概念

    如果我们要求一个数的n次方，我们会怎么求呢？
    有人会说直接循环，每次相乘就行了

    这个我们通常的写法:

    //求base^pow
public static int power1(int base, int pow) {
    int result = 1;
    for (int i = 0; i < pow; i++) {
        result *= base;
    }
    return result;
}

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    这样写的时间复杂度为O(n),如果数字过大，会比较消耗时间，那么有没有什么方法能够降低时间复杂度的呢？这个时候就需要用到快速幂了，它能够将时间复杂度降低到O(logn)

    比如：我们要求a^b
那么如何通过快速幂求取正确的值呢？

如果b是偶数：a ^ b =  (a ^ 2) ^ (b / 2);
如果b是奇数：a ^ b = a * (a ^ 2) ^ (b / 2);
...一直分解下去，直到最后的幂为0或者1
"由此可以看出之前我们需要乘b次，现在我们逐个分解下去，直到最后幂为0或1"
-- 时间复杂度由原来的O(n)变为了O(logn)

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    3.2 实现

    • 递归版本
    public static int quickPower(int base, int pow) {
    int result = 1;
    while (pow > 0) {
        if (pow % 2 == 0) {
            //幂为偶数 直接减半 底数（base）平方
            pow /= 2;
            base *= base;
        } else {
            //幂为奇数 会多出来一个数 需要记录下来
            pow /= 2;
            result *= base;
            base *= base;
        }
    }
    return result;
}

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    • 位运算（常数时间优化）
    public static int quickPower2(int base, int pow) {
    int result = 1;
    while (pow > 0) {
        if ((pow & 1) == 1) {
            //奇数
            result *= base;
        }
        //偶数
        pow >>= 1;
        base *= base;
    }
    return result;
}

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  • 原文地址：https://blog.csdn.net/weixin_45565886/article/details/126920713