java之并发编程：Lock

这是转的：http://www.cnblogs.com/dolphin0520/p/3923167.html

  1. * 在多线程编程里面一个重要的概念是锁定，如果一个资源是多个线程共享的，为了保证数据的完整性，
  2. * 在进行事务性操作时需要将共享资源锁定，这样可以保证在做事务性操作时只有一个线程能对资源进行操作，
  3. * 从而保证数据的完整性。在5.0以前，锁定的功能是由Synchronized关键字来实现的。

　　下面我们就来探讨一下java.util.concurrent.locks包中常用的类和接口。

　　1.Lock

　　首先要说明的就是Lock，通过查看Lock的源码可知，Lock是一个接口：


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public interface Lock {

    void lock();

    void lockInterruptibly() throws InterruptedException;

    boolean tryLock();

    boolean tryLock(long time, TimeUnit unit) throws InterruptedException;

    void unlock();

    Condition newCondition();

}

　　下面来逐个讲述Lock接口中每个方法的使用，lock()、tryLock()、tryLock(long time, TimeUnit unit)和lockInterruptibly()是用来获取锁的。unLock()方法是用来释放锁的。newCondition()这个方法暂且不在此讲述，会在后面的线程协作一文中讲述。

　　在Lock中声明了四个方法来获取锁，那么这四个方法有何区别呢？

　　首先lock()方法是平常使用得最多的一个方法，就是用来获取锁。如果锁已被其他线程获取，则进行等待。

　　由于在前面讲到如果采用Lock，必须主动去释放锁，并且在发生异常时，不会自动释放锁。因此一般来说，使用Lock必须在try{}catch{}块中进行，并且将释放锁的操作放在finally块中进行，以保证锁一定被被释放，防止死锁的发生。通常使用Lock来进行同步的话，是以下面这种形式去使用的：


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Lock lock = ...;

lock.lock();

try{

    //处理任务

}catch(Exception ex){

    

}finally{

    lock.unlock();   //释放锁

}

　　tryLock()方法是有返回值的，它表示用来尝试获取锁，如果获取成功，则返回true，如果获取失败（即锁已被其他线程获取），则返回false，也就说这个方法无论如何都会立即返回。在拿不到锁时不会一直在那等待。

　　tryLock(long time, TimeUnit unit)方法和tryLock()方法是类似的，只不过区别在于这个方法在拿不到锁时会等待一定的时间，在时间期限之内如果还拿不到锁，就返回false。如果如果一开始拿到锁或者在等待期间内拿到了锁，则返回true。

　　所以，一般情况下通过tryLock来获取锁时是这样使用的：


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Lock lock = ...;

if(lock.tryLock()) {

     try{

         //处理任务

     }catch(Exception ex){

        

     }finally{

         lock.unlock();   //释放锁

     } 

}else {

    //如果不能获取锁，则直接做其他事情

}

　　lockInterruptibly()方法比较特殊，当通过这个方法去获取锁时，如果线程正在等待获取锁，则这个线程能够响应中断，即中断线程的等待状态。也就使说，当两个线程同时通过lock.lockInterruptibly()想获取某个锁时，假若此时线程A获取到了锁，而线程B只有在等待，那么对线程B调用threadB.interrupt()方法能够中断线程B的等待过程。

　　由于lockInterruptibly()的声明中抛出了异常，所以lock.lockInterruptibly()必须放在try块中或者在调用lockInterruptibly()的方法外声明抛出InterruptedException。

　　因此lockInterruptibly()一般的使用形式如下：


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public void method() throws InterruptedException {

    lock.lockInterruptibly();

    try {  

     //.....

    }

    finally {

        lock.unlock();

    }  

}

　　注意，当一个线程获取了锁之后，是不会被interrupt()方法中断的。因为本身在前面的文章中讲过单独调用interrupt()方法不能中断正在运行过程中的线程，只能中断阻塞过程中的线程。

　　因此当通过lockInterruptibly()方法获取某个锁时，如果不能获取到，只有进行等待的情况下，是可以响应中断的。

　　而用synchronized修饰的话，当一个线程处于等待某个锁的状态，是无法被中断的，只有一直等待下去。

　　2.ReentrantLock

　　ReentrantLock，意思是“可重入锁”，关于可重入锁的概念在下一节讲述。ReentrantLock是唯一实现了Lock接口的类，并且ReentrantLock提供了更多的方法。下面通过一些实例看具体看一下如何使用ReentrantLock。

　　例子1，lock()的正确使用方法


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public class Test {

    private ArrayList<Integer> arrayList = new ArrayList<Integer>();

    public static void main(String[] args)  {

        final Test test = new Test();

        

        new Thread(){

            public void run() {

                test.insert(Thread.currentThread());

            };

        }.start();

        

        new Thread(){

            public void run() {

                test.insert(Thread.currentThread());

            };

        }.start();

    }  

    

    public void insert(Thread thread) {

        Lock lock = new ReentrantLock();    //注意这个地方

        lock.lock();

        try {

            System.out.println(thread.getName()+"得到了锁");

            for(int i=0;i<5;i++) {

                arrayList.add(i);

            }

        } catch (Exception e) {

            // TODO: handle exception

        }finally {

            System.out.println(thread.getName()+"释放了锁");

            lock.unlock();

        }

    }

}

　　各位朋友先想一下这段代码的输出结果是什么？

 

　　也许有朋友会问，怎么会输出这个结果？第二个线程怎么会在第一个线程释放锁之前得到了锁？原因在于，在insert方法中的lock变量是局部变量，每个线程执行该方法时都会保存一个副本，那么理所当然每个线程执行到lock.lock()处获取的是不同的锁，所以就不会发生冲突。

　　知道了原因改起来就比较容易了，只需要将lock声明为类的属性即可。


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public class Test {

    private ArrayList<Integer> arrayList = new ArrayList<Integer>();

    private Lock lock = new ReentrantLock();    //注意这个地方

    public static void main(String[] args)  {

        final Test test = new Test();

        

        new Thread(){

            public void run() {

                test.insert(Thread.currentThread());

            };

        }.start();

        

        new Thread(){

            public void run() {

                test.insert(Thread.currentThread());

            };

        }.start();

    }  

    

    public void insert(Thread thread) {

        lock.lock();

        try {

            System.out.println(thread.getName()+"得到了锁");

            for(int i=0;i<5;i++) {

                arrayList.add(i);

            }

        } catch (Exception e) {

            // TODO: handle exception

        }finally {

            System.out.println(thread.getName()+"释放了锁");

            lock.unlock();

        }

    }

}

　　这样就是正确地使用Lock的方法了。

　　例子2，tryLock()的使用方法


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public class Test {

    private ArrayList<Integer> arrayList = new ArrayList<Integer>();

    private Lock lock = new ReentrantLock();    //注意这个地方

    public static void main(String[] args)  {

        final Test test = new Test();

        

        new Thread(){

            public void run() {

                test.insert(Thread.currentThread());

            };

        }.start();

        

        new Thread(){

            public void run() {

                test.insert(Thread.currentThread());

            };

        }.start();

    }  

    

    public void insert(Thread thread) {

        if(lock.tryLock()) {

            try {

                System.out.println(thread.getName()+"得到了锁");

                for(int i=0;i<5;i++) {

                    arrayList.add(i);

                }

            } catch (Exception e) {

                // TODO: handle exception

            }finally {

                System.out.println(thread.getName()+"释放了锁");

                lock.unlock();

            }

        } else {

            System.out.println(thread.getName()+"获取锁失败");

        }

    }

}

　　输出结果：

 

　　例子3，lockInterruptibly()响应中断的使用方法：


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public class Test {

    private Lock lock = new ReentrantLock();   

    public static void main(String[] args)  {

        Test test = new Test();

        MyThread thread1 = new MyThread(test);

        MyThread thread2 = new MyThread(test);

        thread1.start();

        thread2.start();

        

        try {

            Thread.sleep(2000);

        } catch (InterruptedException e) {

            e.printStackTrace();

        }

        thread2.interrupt();

    }  

    

    public void insert(Thread thread) throws InterruptedException{

        lock.lockInterruptibly();   //注意，如果需要正确中断等待锁的线程，必须将获取锁放在外面，然后将InterruptedException抛出

        try {  

            System.out.println(thread.getName()+"得到了锁");

            long startTime = System.currentTimeMillis();

            for(    ;     ;) {

                if(System.currentTimeMillis() - startTime >= Integer.MAX_VALUE)

                    break;

                //插入数据

            }

        }

        finally {

            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"执行finally");

            lock.unlock();

            System.out.println(thread.getName()+"释放了锁");

        }  

    }

}

class MyThread extends Thread {

    private Test test = null;

    public MyThread(Test test) {

        this.test = test;

    }

    @Override

    public void run() {

        

        try {

            test.insert(Thread.currentThread());

        } catch (InterruptedException e) {

            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"被中断");

        }

    }

}

　　运行之后，发现thread2能够被正确中断。

　　3.ReadWriteLock

　　ReadWriteLock也是一个接口，在它里面只定义了两个方法：


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public interface ReadWriteLock {

    /**

     * Returns the lock used for reading.

     *

     * @return the lock used for reading.

     */

    Lock readLock();

    /**

     * Returns the lock used for writing.

     *

     * @return the lock used for writing.

     */

    Lock writeLock();

}

　　一个用来获取读锁，一个用来获取写锁。也就是说将文件的读写操作分开，分成2个锁来分配给线程，从而使得多个线程可以同时进行读操作。下面的ReentrantReadWriteLock实现了ReadWriteLock接口。

　　4.ReentrantReadWriteLock

　　ReentrantReadWriteLock里面提供了很多丰富的方法，不过最主要的有两个方法：readLock()和writeLock()用来获取读锁和写锁。

　　下面通过几个例子来看一下ReentrantReadWriteLock具体用法。

　　假如有多个线程要同时进行读操作的话，先看一下synchronized达到的效果：


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public class Test {

    private ReentrantReadWriteLock rwl = new ReentrantReadWriteLock();

    

    public static void main(String[] args)  {

        final Test test = new Test();

        

        new Thread(){

            public void run() {

                test.get(Thread.currentThread());

            };

        }.start();

        

        new Thread(){

            public void run() {

                test.get(Thread.currentThread());

            };

        }.start();

        

    }  

    

    public synchronized void get(Thread thread) {

        long start = System.currentTimeMillis();

        while(System.currentTimeMillis() - start <= 1) {

            System.out.println(thread.getName()+"正在进行读操作");

        }

        System.out.println(thread.getName()+"读操作完毕");

    }

}

　　这段程序的输出结果会是，直到thread1执行完读操作之后，才会打印thread2执行读操作的信息。

 

　　而改成用读写锁的话：


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public class Test {

    private ReentrantReadWriteLock rwl = new ReentrantReadWriteLock();

    

    public static void main(String[] args)  {

        final Test test = new Test();

        

        new Thread(){

            public void run() {

                test.get(Thread.currentThread());

            };

        }.start();

        

        new Thread(){

            public void run() {

                test.get(Thread.currentThread());

            };

        }.start();

        

    }  

    

    public void get(Thread thread) {

        rwl.readLock().lock();

        try {

            long start = System.currentTimeMillis();

            

            while(System.currentTimeMillis() - start <= 1) {

                System.out.println(thread.getName()+"正在进行读操作");

            }

            System.out.println(thread.getName()+"读操作完毕");

        } finally {

            rwl.readLock().unlock();

        }

    }

}

　　此时打印的结果为：

 

　　说明thread1和thread2在同时进行读操作。

　　这样就大大提升了读操作的效率。

　　不过要注意的是，如果有一个线程已经占用了读锁，则此时其他线程如果要申请写锁，则申请写锁的线程会一直等待释放读锁。

　　如果有一个线程已经占用了写锁，则此时其他线程如果申请写锁或者读锁，则申请的线程会一直等待释放写锁。

　　关于ReentrantReadWriteLock类中的其他方法感兴趣的朋友可以自行查阅API文档。

　　5.Lock和synchronized的选择

　　总结来说，Lock和synchronized有以下几点不同：

　　1）Lock是一个接口，而synchronized是Java中的关键字，synchronized是内置的语言实现；

　　2）synchronized在发生异常时，会自动释放线程占有的锁，因此不会导致死锁现象发生；而Lock在发生异常时，如果没有主动通过unLock()去释放锁，则很可能造成死锁现象，因此使用Lock时需要在finally块中释放锁；

　　3）Lock可以让等待锁的线程响应中断，而synchronized却不行，使用synchronized时，等待的线程会一直等待下去，不能够响应中断；

　　4）通过Lock可以知道有没有成功获取锁，而synchronized却无法办到。

　　5）Lock可以提高多个线程进行读操作的效率。

　　在性能上来说，如果竞争资源不激烈，两者的性能是差不多的，而当竞争资源非常激烈时（即有大量线程同时竞争），此时Lock的性能要远远优于synchronized。所以说，在具体使用时要根据适当情况选择。

三.锁的相关概念介绍

　　在前面介绍了Lock的基本使用，这一节来介绍一下与锁相关的几个概念。

　　1.可重入锁

　　如果锁具备可重入性，则称作为可重入锁。像synchronized和ReentrantLock都是可重入锁，可重入性在我看来实际上表明了锁的分配机制：基于线程的分配，而不是基于方法调用的分配。举个简单的例子，当一个线程执行到某个synchronized方法时，比如说method1，而在method1中会调用另外一个synchronized方法method2，此时线程不必重新去申请锁，而是可以直接执行方法method2。

　　看下面这段代码就明白了：


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class MyClass {

    public synchronized void method1() {

        method2();

    }

    

    public synchronized void method2() {

        

    }

}

　　上述代码中的两个方法method1和method2都用synchronized修饰了，假如某一时刻，线程A执行到了method1，此时线程A获取了这个对象的锁，而由于method2也是synchronized方法，假如synchronized不具备可重入性，此时线程A需要重新申请锁。但是这就会造成一个问题，因为线程A已经持有了该对象的锁，而又在申请获取该对象的锁，这样就会线程A一直等待永远不会获取到的锁。

　　而由于synchronized和Lock都具备可重入性，所以不会发生上述现象。

　　2.可中断锁

　　可中断锁：顾名思义，就是可以相应中断的锁。

　　在Java中，synchronized就不是可中断锁，而Lock是可中断锁。

　　如果某一线程A正在执行锁中的代码，另一线程B正在等待获取该锁，可能由于等待时间过长，线程B不想等待了，想先处理其他事情，我们可以让它中断自己或者在别的线程中中断它，这种就是可中断锁。

　　在前面演示lockInterruptibly()的用法时已经体现了Lock的可中断性。

　　3.公平锁

　　公平锁即尽量以请求锁的顺序来获取锁。比如同是有多个线程在等待一个锁，当这个锁被释放时，等待时间最久的线程（最先请求的线程）会获得该所，这种就是公平锁。

　　非公平锁即无法保证锁的获取是按照请求锁的顺序进行的。这样就可能导致某个或者一些线程永远获取不到锁。

　　在Java中，synchronized就是非公平锁，它无法保证等待的线程获取锁的顺序。

　　而对于ReentrantLock和ReentrantReadWriteLock，它默认情况下是非公平锁，但是可以设置为公平锁。

　　看一下这2个类的源代码就清楚了：

　　

　　在ReentrantLock中定义了2个静态内部类，一个是NotFairSync，一个是FairSync，分别用来实现非公平锁和公平锁。

　　我们可以在创建ReentrantLock对象时，通过以下方式来设置锁的公平性：


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ReentrantLock lock = new ReentrantLock(true);

　　如果参数为true表示为公平锁，为fasle为非公平锁。默认情况下，如果使用无参构造器，则是非公平锁。

　　

　　另外在ReentrantLock类中定义了很多方法，比如：

　　isFair()        //判断锁是否是公平锁

　　isLocked()    //判断锁是否被任何线程获取了

　　isHeldByCurrentThread()   //判断锁是否被当前线程获取了

　　hasQueuedThreads()   //判断是否有线程在等待该锁

　　在ReentrantReadWriteLock中也有类似的方法，同样也可以设置为公平锁和非公平锁。不过要记住，ReentrantReadWriteLock并未实现Lock接口，它实现的是ReadWriteLock接口。

　　4.读写锁

　　读写锁将对一个资源（比如文件）的访问分成了2个锁，一个读锁和一个写锁。

　　正因为有了读写锁，才使得多个线程之间的读操作不会发生冲突。

　　ReadWriteLock就是读写锁，它是一个接口，ReentrantReadWriteLock实现了这个接口。

　　可以通过readLock()获取读锁，通过writeLock()获取写锁。

　　上面已经演示过了读写锁的使用方法，在此不再赘述。

时间： 2024-11-08 18:17:43

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