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Lock Lock und Producer Consumer Problem

• Traditionelle synchronisierte Sperre
• Sperre sperren
• Synchronisiert und Unterschied zwischen Schl?ssern
• Traditionell Produzenten- und Verbraucherprobleme
• Sperrversion von Produzenten- und Verbraucherproblemen
• Bedingung zum Erreichen einer pr?zisen Benachrichtigungsaktivierung

Traditionelle synchronisierte Sperre

Implementieren Sie ein einfaches Ticketing-Beispiel:

/*
真正的多線程開發(fā)，公司中的開發(fā),降低耦合性
線程就是一個單獨的資源類，沒有任何附屬的操作
1.屬性，方法
?*?*/public?class?SaleTicketDemo1?{
????public?static?void?main(String[]?args)?{
????????//并發(fā)，多個線程操作同一個資源類,把資源類丟入線程
????????Ticket?ticket=new?Ticket();
????????//Runnable借口是一個FunationalInterface函數式接口，接口可以new,jdk1.8以后，lamda表達式()->{代碼}
????????new?Thread(()->{
????????????for(int?i=0;i{
????????????for(int?i=0;i0){
????????????System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"賣出了"+(number--)+"票,剩余"+number);
????????}
????}}

Beachten Sie, dass diese Lambda-Ausdrücke in verwendet werden Eine ausführliche Beschreibung von Lambda-Ausdrücken finden Sie unter Java-Grundlagen – Lambda-Ausdrücke. Dabei werden traditionelle Synchronisierungen verwendet, um Parallelit?t zu erreichen. Das Wesentliche bei Synchronisierungen sind Warteschlangen und Sperren. Es ist, als würde man in einer Cafeteria Schlange stehen. G?be es keine Warteschlangen, g?be es Chaos. Erst wenn die Dienstleistung für eine Person abgeschlossen ist, kann die andere Person die Dienstleistung erhalten.

Lock
Wie bereits erw?hnt, stellt die JVM das synchronisierte Schlüsselwort bereit, um einen synchronen Zugriff auf Variablen zu erreichen, und verwendet Wait und Notify, um eine Kommunikation zwischen Threads zu erreichen. Nach jdk1.5 stellt JAVA die Lock-Klasse bereit, um dieselben Funktionen wie synchronisiert zu implementieren, und stellt au?erdem eine Bedingung bereit, um die Kommunikation zwischen Threads anzuzeigen.

Die Lock-Klasse ist eine von der Java-Klasse bereitgestellte Funktion. Die umfangreiche API macht die Synchronisierungsfunktion der Lock-Klasse leistungsf?higer als die synchronisierte Synchronisierung.

Im java.util Concurrent-Paket gibt es 3 Schnittstellen: Bedingung und Sperre (Standardsperre). Die ReadWriteLock

Lock-Implementierung bietet eine gr??ere Auswahl an Sperrvorg?ngen, als mit synchronisierten Methoden und Anweisungen erreicht werden k?nnen. Sie erm?glichen eine flexiblere Strukturierung, k?nnen v?llig unterschiedliche Eigenschaften haben und k?nnen mehrere zugeh?rige Objektbedingungen unterstützen.

Lock?l?=?...;?l.lock();?try?{?//?access?the?resource?protected?by?this?lock?}?finally?{?l.unlock();?}

lock() bedeutet Sperren, unlock() bedeutet Entsperren
Erkl?rt in der offiziellen JDK-Dokumentation

Alle bekannten Implementierungsklassen:

ReentrantLock ReentrantLock ReentrantReadWriteLock.ReadLock Lesesperre
Sperre .writeLock Schreibsperre
Lassen Sie uns zun?chst über die ReentrantLock-Implementierungsklasse sprechen: ReentrantLock zugrunde liegender Quellcodekonstruktor

Faire Sperre: Sehr fair, wer zuerst kommt, mahlt zuerst. Das Problem ist jedoch, dass, wenn ein 3s- und ein 3h-Prozess eintrifft, 3h zuerst kommt und dann 3s auf 3h wartet, was eigentlich nicht gut ist.

Unfaire Sperre: Sehr unfair, Sie k?nnen sich anstellen (Standard)

Wir werden es sp?ter im Detail erkl?ren.

Wie zu verwenden, vor Gebrauch sperren, nach Gebrauch entsperren

//Trilogie sperren

//1.neue ReentranLock(); Struktur //2.Lock.lock(); lock //3. Finally();Unlock

public?class?SaleTicketDemo2?{
	public?static?void?main(String[]?args)?{
		//并發(fā)，多個線程操作同一個資源類,把資源類丟入線程
		Ticket?ticket=new?Ticket();
		//Runnable借口是一個FunationalInterface函數式接口，接口可以new,jdk1.8以后，lamda表達式()->{代碼}
		new?Thread(()->{for(int?i=0;i{for(int?i=0;i{for(int?i=0;i0){
				System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"賣出了"+(number--)+"票,剩余"+number);
			}
		}?catch?(Exception?e)?{
			//?TODO:?handle?exception
		}finally{
			lock.unlock();
		}	
	}}

Der Unterschied zwischen Synchronized und Lock

1.synchronized ist ein integriertes Java-Schlüsselwort und lock ist eine Java-Klasse 2.synchronized kann den Status der Sperre nicht ermitteln, sperren Sie kann beurteilen, ob die Sperre erhalten wurde

3. Durch die Synchronisierung wird die Sperre automatisch aufgehoben (a–), die Sperre muss manuell aufgehoben werden! Wenn die Sperre nicht aufgehoben wird, führt dies zu einem Deadlock 4. Synchronisierter Thread 1 (Erhalten der Sperre, Blockieren), Thread 2 (Warten, dummes Warten) lock.tryLock() versucht, die Sperre zu erhalten, und wartet m?glicherweise nicht für immer

5. Synchronisierte Wiedereintrittssperre, unterbrechungsfreie, unfaire Sperre. Sperre, wiedereintretende Sperre, kann die Sperre beurteilen, fair und unfair, kann von Ihnen selbst eingestellt werden (kann von Ihnen selbst eingestellt werden) Synchronisierter Code

Synchronisierte Sperrobjekte und synchronisierte Codebl?cke Methode


Traditionelle Produzenten- und Konsumentenprobleme


Traditionelle Produzenten und Konsumenten werden basierend auf der Warte-, Benachrichtigungsmethode und dem synchronisierten Schlüsselwort der Objektklasse implementiert.
Bei Vorstellungsgespr?chen kommt es h?ufig vor, dass Produzenten- und Konsumentencode von Hand geschrieben werden.

Klassische Fragen im schriftlichen Interviewtest:

Singleton-Modus + Sortieralgorithmus + Producer Consumer + Deadlock synchronisierte Version des Producer-Consumer-Problems

Kommunikationsproblem zwischen Threads: Producer- und Consumer-Problem warten darauf, aufzuwachen, Benachrichtigung zum Aufwachen
Threads Führen Sie abwechselnd A B aus und bedienen Sie dieselbe Variable number=0
A num+1
B num-1

Hinweis:

Bei der Sperrmethode besteht die Ausführungsidee darin, Warten + Gesch?ft + Benachrichtigung zu beurteilen

package?testConcurrent;/*
線程之間的通信問題：生產者和消費者問題????等待喚醒，通知喚醒
線程交替執(zhí)行?A?B?操作同一個變量number=0
A?num+1
B?num-1

?*?*/public?class?A?{
	public?static?void?main(String[]?args)?{
		Data?data?=new?Data();
		new?Thread(()->{
			for(int?i=0;i{
			for(int?i=0;i"+number);
		//通知其他線程，我+1完畢了
		this.notify();
	}
	//-1
	public?synchronized?void?decrement()?throws?InterruptedException{
		if(number==0){
			//等待
			this.wait();
		}
		number--;
		System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"=>"+number);
		//通知其他線程，我-1完畢了
		this.notify();
	}}

Wie Abbildung: Im Grunde k?nnen die erforderlichen Funktionen erreicht werden, aber es wird immer noch Probleme geben, wenn ich zu diesem Zeitpunkt zwei weitere Threads hinzufüge, dann

		new?Thread(()->{
			for(int?i=0;i{
			for(int?i=0;i<p><img src="/static/imghw/default1.png" data-src="https://img.php.cn/upload/article/000/000/052/4011c6e510a595c0afc39326e031cf33-4.png" class="lazy" alt="Java führt zu Lock- und Producer-Consumer-Problemen"><br> 這里結果中出現了2，輸出結果出現了問題。為什么呢？<br> 為什么if判斷會出現問題：<br> if判斷只判斷一次。因為if判斷了之后，就已經進入了代碼的等待那一行，這時，在wait下的線程可能有多個，甚至包括生產者和消費者。有可能某個生產者執(zhí)行完了之后，喚醒的是另一個生產者。</p><p>在我們的官方文檔中就給出了解釋</p><pre class="brush:php;toolbar:false">public?final?void?wait(long?timeout)
????????????????throws?InterruptedException

導致當前線程等待，直到另一個線程調用此對象的notify()方法或notifyAll()方法，或指定的時間已過。
線程也可以喚醒，而不會被通知，中斷或超時，即所謂的虛假喚醒 。 雖然這在實踐中很少會發(fā)生，但應用程序必須通過測試應該使線程被喚醒的條件來防范，并且如果條件不滿足則繼續(xù)等待。 換句話說，等待應該總是出現在循環(huán)中，就像這樣：

?synchronized?(obj)?{
?????????while?(<condition>)
?????????????obj.wait(timeout);
?????????...?//?Perform?action?appropriate?to?condition
?????}</condition>

注意點：防止虛假喚醒問題。
我們代碼中用的是if判斷，而應該用while判斷

package?testConcurrent;/*
線程之間的通信問題：生產者和消費者問題????等待喚醒，通知喚醒
線程交替執(zhí)行?A?B?操作同一個變量number=0
A?num+1
B?num-1

?*?*/public?class?A?{
????public?static?void?main(String[]?args)?{
????????Data?data?=new?Data();
????????new?Thread(()->{
????????????for(int?i=0;i{
????????????for(int?i=0;i{
????????????for(int?i=0;i{
????????????for(int?i=0;i"+number);
????????//通知其他線程，我+1完畢了
????????this.notify();
????}
????//-1
????public?synchronized?void?decrement()?throws?InterruptedException{
????????while(number==0){
????????????//等待
????????????this.wait();
????????}
????????number--;
????????System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"=>"+number);
????????//通知其他線程，我-1完畢了
????????this.notify();
????}}

Lock版的生產者和消費者問題

在synchronized版本中，我們使用了wait和notify來實現線程之間的同步
在lock中，
此時synchronized被lock替換了，那么wait和notify用什么來替換呢？
我們在官方文檔java.util.concurrent.locks 中，找到Lock類，然后在底部找到了
Condition newCondition()
返回一個新Condition綁定到該實例Lock實例。
在等待條件之前，鎖必須由當前線程保持。 呼叫Condition.await()將在等待之前將原子釋放鎖，并在等待返回之前重新獲取鎖。
然后我們再來了解Condition類
Condition 將 Object 監(jiān)視器方法（wait、notify 和 notifyAll）分解成截然不同的對象，以便通過將這些對象與任意 Lock 實現組合使用，為每個對象提供多個等待 set（wait-set）。其中，Lock 替代了 synchronized 方法和語句的使用，Condition 替代了 Object 監(jiān)視器方法的使用。
一個Condition實例本質上綁定到一個鎖。 要獲得特定Condition實例的Condition實例，請使用其newCondition()方法。

我們可以看到，使用的時候new一個Condition對象。然后用await替代wait,signal替換notify
代碼實現
//判斷等待+業(yè)務+通知

class?Data2{		//數字。資源類
	private?int?number=0;
	Lock?lock=new?ReentrantLock();
	Condition?condition=lock.newCondition();
	//+1
	public?void?increment()?throws?InterruptedException{
		try?{
			lock.lock();
			//業(yè)務代碼
			while(number!=0){		
				//等待
				condition.await();
			}
			number++;		
			System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"=>"+number);
			condition.signalAll();		//通知
		}?catch?(Exception?e)?{
			//?TODO:?handle?exception
		}finally{
			lock.unlock();
		}
	}
	//-1
	public?void?decrement()?throws?InterruptedException{
		try?{
			lock.lock();
			//業(yè)務代碼
			while(number!=1){		
				//等待
				condition.await();
			}
			number--;		
			System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"=>"+number);
			condition.signalAll();		//通知
		}?catch?(Exception?e)?{
			//?TODO:?handle?exception
		}finally{
			lock.unlock();
		}
	}	}

注意：主函數部分于最上面的代碼一樣。

這時候雖然說是正確的，但是它是一個隨機分布的狀態(tài)，現在我們希望它有序執(zhí)行，即A執(zhí)行完了執(zhí)行B，B執(zhí)行C，C完了執(zhí)行D。即精準通知。

Condition實現精準通知喚醒

Condition實現精準的通知和喚醒
我們構造三個線程，要求A執(zhí)行完了執(zhí)行B，B執(zhí)行完了執(zhí)行C，C執(zhí)行完了執(zhí)行D.
代碼思想：
//加多個監(jiān)視器，通過監(jiān)視器來判斷喚醒的是哪一個人
//設置多個同步監(jiān)視器，每個監(jiān)視器監(jiān)視一個線程
//實例：生產線，下單->支付->交易->物流

package?testConcurrent;import?java.util.concurrent.locks.Condition;import?java.util.concurrent.locks.Lock;import?java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;/*
A執(zhí)行完調用B,B執(zhí)行完調用C，C執(zhí)行完調用A
?*?*/public?class?C?{

????public?static?void?main(String[]?args)?{
????????Data3?data=new?Data3();
????????new?Thread(()->{
????????????for(int?i=0;i{
????????????for(int?i=0;i{
????????????for(int?i=0;i支付->交易->物流
????private?Condition?condition1=lock.newCondition();
????private?Condition?condition2=lock.newCondition();
????private?Condition?condition3=lock.newCondition();
????private?int?number=1;???????//1A?2B?3C
????public?void?printA(){
????????lock.lock();
????????try?{
????????????//業(yè)務，判斷->執(zhí)行->通知
????????????while(number!=1){
????????????????//等待
????????????????condition1.await();
????????????}
????????????System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"=>AAAAAAA");
????????????//喚醒，喚醒指定的人，B
????????????number=2;???????????//精準喚醒
????????????condition2.signal();
????????????
????????}?catch?(Exception?e)?{
????????????//?TODO:?handle?exception
????????}finally{
????????????lock.unlock();
????????}
????}???
????public?void?printB(){
????????lock.lock();
????????try?{
????????????//業(yè)務，判斷->執(zhí)行->通知
????????????while(number!=2){
????????????????//等待
????????????????condition2.await();
????????????}
????????????System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"=>BBBBBBB");
????????????//喚醒，喚醒指定的人，C
????????????number=3;???????????//精準喚醒
????????????condition3.signal();
????????????
????????}?catch?(Exception?e)?{
????????????//?TODO:?handle?exception
????????}finally{
????????????lock.unlock();
????????}
????}
????public?void?printC(){
????????lock.lock();
????????try?{
????????????//業(yè)務，判斷->執(zhí)行->通知
????????????while(number!=3){
????????????????//等待
????????????????condition3.await();
????????????}
????????????System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"=>CCCCCCC");
????????????//喚醒，喚醒指定的人，A
????????????number=1;???????????//精準喚醒
????????????condition1.signal();
????????????
????????}?catch?(Exception?e)?{
????????????//?TODO:?handle?exception
????????}finally{
????????????lock.unlock();
????????}
????}}

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