【JUC】010-深入单例模式、CAS、ABA问题、可重入锁、自旋锁、死锁排查

布满荆棘的人生 2023-10-05 15:03 7阅读 0赞

**目录**

一、深入单例模式

1、之前的笔记

2、双重检测锁的（DCL）懒汉式 + volatile

代码：

3、使用反射破解单例模式

代码：

结果：

4、防止单例模式被反射破解

概述：

代码：

结果：

5、但是

二、CAS

概述：

缺点：

代码：

三、ABA问题

1、问题引出

2、原子引用

代码：

结果：

四、可重入锁

1、代码

2、说明

3、Lock 版

五、自旋锁

1、引出

2、自己写个锁

3、测试

4、测试结果

六、死锁排查

1、图示

2、死锁代码

3、解决方式1：使用 jps -l 定位进程号

4、解决方式2：使用 jstack 进程号 找到死锁问题

5、面试回答

--------------------

# 一、深入单例模式 #

（这里是在之前笔记的基础上进行补充；）

## 1、之前的笔记 ##

[https://blog.csdn.net/qq\_29689343/article/details/105046493][https_blog.csdn.net_qq_29689343_article_details_105046493]

## 2、双重检测锁的（DCL）懒汉式 + volatile ##

### 代码： ###

package com.zibo.singleton;
    
    //懒汉式
    public class LazyMan {
        private LazyMan(){
    
        }
        private volatile static LazyMan lazyMan;
    
        //双重检测锁的懒汉式 DCL懒汉式 + volatile
        public static LazyMan getInstance(){
            if(lazyMan==null){
                synchronized (LazyMan.class){
                    if(lazyMan==null){
                        lazyMan = new LazyMan();//不是原子性操作
                        /*
                         * 底层操作步骤：
                         * 1、分配内存空间；
                         * 2、执行构造方法，初始化对象；
                         * 3、将这个对象指向这个空间；
                         * 指令重排会导致这个顺序混乱，导致lazyMan未真正完成初始化，此时就需要再加上volatile关键字
                         */
                    }
                }
            }
            return lazyMan;
        }
    
    }

## 3、使用反射破解单例模式 ##

### 代码： ###

package com.zibo.singleton;
    
    import java.lang.reflect.Constructor;
    
    //懒汉式
    public class LazyMan {
        private LazyMan(){
    
        }
        private volatile static LazyMan lazyMan;
    
        //双重检测锁的懒汉式 DCL懒汉式 + volatile
        public static LazyMan getInstance(){
            if(lazyMan==null){
                synchronized (LazyMan.class){
                    if(lazyMan==null){
                        lazyMan = new LazyMan();//不是原子性操作
                        /*
                         * 底层操作步骤：
                         * 1、分配内存空间；
                         * 2、执行构造方法，初始化对象；
                         * 3、将这个对象指向这个空间；
                         * 指令重排会导致这个顺序混乱，导致lazyMan未真正完成初始化，此时就需要再加上volatile关键字
                         */
                    }
                }
            }
            return lazyMan;
        }
    
        //反射
        public static void main(String[] args) throws Exception {
            LazyMan instance = LazyMan.getInstance();
            Constructor<LazyMan> constructor = LazyMan.class.getDeclaredConstructor();
            constructor.setAccessible(true);
            LazyMan instance1 = constructor.newInstance();
            System.out.println(instance);
            System.out.println(instance1);
        }
    }

### 结果： ###

（两个对象）

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzI5Njg5MzQz_size_16_color_FFFFFF_t_70][]

## 4、防止单例模式被反射破解 ##

### 概述： ###

在构造方法中做判断；

### 代码： ###

package com.zibo.singleton;
    
    import java.lang.reflect.Constructor;
    
    //懒汉式
    public class LazyMan {
        private volatile static LazyMan lazyMan;
        private static boolean flag = false;
        private LazyMan(){
            synchronized (LazyMan.class){
                if(flag){
                    throw new RuntimeException("不要试图使用反射破解单例！");
    //                if(lazyMan!=null){
    //                    throw new RuntimeException("不要试图使用反射破解单例！");
    //                    //这个时候仍然会出现一个问题，就是两个对象都是用反射创建，也会破解单例模式，设置标志位记录之
    //                }
                }else {
                    flag = true;
                }
            }
    
        }
    
        //双重检测锁的懒汉式 DCL懒汉式 + volatile
        public static LazyMan getInstance(){
            if(lazyMan==null){
                synchronized (LazyMan.class){
                    if(lazyMan==null){
                        lazyMan = new LazyMan();//不是原子性操作
                        /*
                         * 底层操作步骤：
                         * 1、分配内存空间；
                         * 2、执行构造方法，初始化对象；
                         * 3、将这个对象指向这个空间；
                         * 指令重排会导致这个顺序混乱，导致lazyMan未真正完成初始化，此时就需要再加上volatile关键字
                         */
                    }
                }
            }
            return lazyMan;
        }
    
        //反射
        public static void main(String[] args) throws Exception {
            LazyMan instance = LazyMan.getInstance();
            Constructor<LazyMan> constructor = LazyMan.class.getDeclaredConstructor();
            constructor.setAccessible(true);
            LazyMan instance1 = constructor.newInstance();
            System.out.println(instance);
            System.out.println(instance1);
        }
    }

### 结果： ###

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzI5Njg5MzQz_size_16_color_FFFFFF_t_70 1][]

## 5、但是 ##

道高一尺，魔高一丈！

这样并不是最安全的，可以使用反射将flag的值进行修改，在创建一个对象后，将flag修改成false，然后就可以继续创建对象；

# 二、CAS #

### 概述： ###

比较当前工作内存中的值和主内存中的值，如果这个值是期望的，那么则执行操作，否是就一直循环判断（自旋锁）；

### 缺点： ###

①循环耗时；

②一次只保证一个共享变量的原子性；

③存在ABA问题；

### 代码： ###

package com.zibo.cas;
    
    import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;
    
    public class CASDemo {
        //CAS compareAndSet：比较并交换
        public static void main(String[] args) {
            AtomicInteger atomicInteger = new AtomicInteger(2020);
            //expect期望；update更新；
            //public final boolean compareAndSet(int expect, int update)
            //如果期望值达到了就更新，否则不更新 CAS是CPU的并发原语
            atomicInteger.compareAndSet(2020,2021);//期望是2020，如果是2020，则更新为2021
            System.out.println(atomicInteger);
        }
    }

# 三、ABA问题 #

## 1、问题引出 ##

（有一个线程将1改成3，又改回去了）

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzI5Njg5MzQz_size_16_color_FFFFFF_t_70 2][]

## 2、原子引用 ##

带版本号的原子操作；

### 代码： ###

package com.zibo.cas;
    
    import java.util.concurrent.TimeUnit;
    import java.util.concurrent.atomic.AtomicStampedReference;
    
    public class CASDemo {
        //CAS compareAndSet：比较并交换
        public static void main(String[] args) {
            //注意：如果泛型是包装类，注意对象的引用问题
            AtomicStampedReference<Integer> reference = new AtomicStampedReference(1,1);
            new Thread(()->{
                int stamp = reference.getStamp();//获得当前版本号
                System.out.println("a1=>" + stamp);
                try {
                    TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                System.out.println("a_" + reference.compareAndSet(1, 2, reference.getStamp(), reference.getStamp() + 1));
                System.out.println("a2=>" + reference.getStamp());
                System.out.println("a_" + reference.compareAndSet(2, 1, reference.getStamp(), reference.getStamp() + 1));
                System.out.println("a3=>" + reference.getStamp());
            }).start();
            new Thread(()->{
                int stamp = reference.getStamp();//获得当前版本号
                System.out.println("b1=>" + stamp);
                try {
                    TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                System.out.println("b_" + reference.compareAndSet(1, 2, reference.getStamp(), reference.getStamp() + 1));
                System.out.println("b2=>" + reference.getStamp());
            }).start();
        }
    }

### 结果： ###

a1=>1
    b1=>1
    b_false
    a_true
    b2=>2
    a2=>2
    a_true
    a3=>3

# 四、可重入锁 #

## 1、代码 ##

package com.zibo.lock01;
    
    // Synchronized
    public class Demo01 {
        public static void main(String[] args) {
            Phone phone = new Phone();
            new Thread(phone::sms, "A").start();
            new Thread(phone::sms, "B").start();
        }
    }
    
    class Phone {
        public synchronized void sms() {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "sms");
            call(); // 这里也有锁
        }
    
        public synchronized void call() {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "call");
        }
    }

## 2、说明 ##

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzI5Njg5MzQz_size_16_color_FFFFFF_t_70 3][]

## 3、Lock 版 ##

package com.zibo.lock01;
    
    import java.util.concurrent.locks.Lock;
    import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
    
    public class Demo02 {
        public static void main(String[] args) {
            Phone2 phone = new Phone2();
            new Thread(phone::sms, "A").start();
            new Thread(phone::sms, "B").start();
        }
    }
    
    class Phone2 {
        Lock lock = new ReentrantLock();
    
        public void sms() {
            lock.lock(); // 细节问题：lock.lock(); lock.unlock(); // lock 锁必须配对，否则就会死在里面
            lock.lock();
            try {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "sms");
                call(); // 这里也有锁
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            } finally {
                lock.unlock();
                lock.unlock();
            }
        }
    
        public void call() {
            lock.lock();
            try {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "call");
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            } finally {
                lock.unlock();
            }
        }
    }

# 五、自旋锁 #

## 1、引出 ##

（自旋锁：不断尝试，直到成功！）

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzI5Njg5MzQz_size_16_color_FFFFFF_t_70 4][]

## 2、自己写个锁 ##

package com.zibo.lock01;
    
    import java.util.concurrent.atomic.AtomicReference;
    
    /**
     * 自旋锁
     */
    public class SpinlockDemo {
        // Thread null
        AtomicReference<Thread> atomicReference = new AtomicReference<>();
    
        // 加锁
        public void myLock() {
            Thread thread = Thread.currentThread();
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "==> mylock");
            // 自旋锁：如果非空（加锁）的话，就一直循环
            while (!atomicReference.compareAndSet(null, thread)) {
    
            }
        }
    
        // 解锁
        public void myUnLock() {
            Thread thread = Thread.currentThread();
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "==> myUnlock");
            //改为空，上面的自旋锁就结束了
            atomicReference.compareAndSet(thread, null);
        }
    }

## 3、测试 ##

package com.zibo.lock01;
    
    import java.util.concurrent.TimeUnit;
    
    public class TestSpinLock {
        public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
    // ReentrantLock reentrantLock = new ReentrantLock();
    // reentrantLock.lock();
    // reentrantLock.unlock();
    // 底层使用的自旋锁CAS
            SpinlockDemo lock = new SpinlockDemo();
            new Thread(() -> {
                lock.myLock();
                try {
                    TimeUnit.SECONDS.sleep(5);
                } catch (Exception e) {
                    e.printStackTrace();
                } finally {
                    lock.myUnLock();
                }
            }, "T1").start();
            TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
            new Thread(() -> {
                lock.myLock();
                try {
                    TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
                } catch (Exception e) {
                    e.printStackTrace();
                } finally {
                    lock.myUnLock();
                }
            }, "T2").start();
        }
    }

## 4、测试结果 ##

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzI5Njg5MzQz_size_16_color_FFFFFF_t_70 5][]

# 六、死锁排查 #

## 1、图示 ##

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzI5Njg5MzQz_size_16_color_FFFFFF_t_70 6][]

## 2、死锁代码 ##

package com.zibo.lock01;
    
    import java.util.concurrent.TimeUnit;
    
    public class DeadLockDemo {
        public static void main(String[] args) {
            String lockA = "lockA";
            String lockB = "lockB";
            new Thread(new MyThread(lockA, lockB), "T1").start();
            new Thread(new MyThread(lockB, lockA), "T2").start();
        }
    }
    
    class MyThread implements Runnable {
        private final String lockA;
        private final String lockB;
    
        public MyThread(String lockA, String lockB) {
            this.lockA = lockA;
            this.lockB = lockB;
        }
    
        @Override
        public void run() {
            synchronized (lockA) {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() +
                        "lock:" + lockA + "=>get" + lockB);
                try {
                    TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                synchronized (lockB) {
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() +
                            "lock:" + lockB + "=>get" + lockA);
                }
            }
        }
    }

## 3、解决方式1：使用 jps -l 定位进程号 ##

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzI5Njg5MzQz_size_16_color_FFFFFF_t_70 7][]

## 4、解决方式2：使用 jstack 进程号 找到死锁问题 ##

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzI5Njg5MzQz_size_16_color_FFFFFF_t_70 8][]

## 5、面试回答 ##

看面试和**看堆栈信息**；

[https_blog.csdn.net_qq_29689343_article_details_105046493]: https://blog.csdn.net/qq_29689343/article/details/105046493
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzI5Njg5MzQz_size_16_color_FFFFFF_t_70]: https://img-blog.csdnimg.cn/2020120609390290.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzI5Njg5MzQz,size_16,color_FFFFFF,t_70
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