Java并发编程实例--17.使用read/write锁同步数据访问

本文介绍了一个使用ReadWriteLock接口控制对两个商品价格访问的Java程序示例。通过ReentrantReadWriteLock实现,确保了读操作可以并发进行,而写操作则被独占锁定。
锁机制带来的最有意义的改进是提供了ReadWriteLock接口及其实现类ReentrantReadWriteLock。
这个类有2个锁,一个针对读操作另一个针对写操作。
可以有多个线程使用读操作,但是只有一个线程使用写操作。
当一个线程做写操作时,不能有任何线程做读操作。


本例中,我们将学习如何通过ReadWriteLock接口实现一个对2个产品价格的访问进行控制。


PricesInfo.java

package com.dylan.thread.ch2.c05.task;

import java.util.concurrent.locks.ReadWriteLock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantReadWriteLock;

/**
 * This class simulates the store of two prices. We will
 * have a writer that stores the prices and readers that 
 * consult this prices
 *
 */
public class PricesInfo {
	
	/**
	 * The two prices
	 */
	private double price1;
	private double price2;
	
	/**
	 * Lock to control the access to the prices
	 */
	private ReadWriteLock lock;
	
	/**
	 * Constructor of the class. Initializes the prices and the Lock
	 */
	public PricesInfo(){
		price1=1.0;
		price2=2.0;
		lock=new ReentrantReadWriteLock();
	}

	/**
	 * Returns the first price
	 * @return the first price
	 */
	public double getPrice1() {
		lock.readLock().lock();
		double value=price1;
		lock.readLock().unlock();
		return value;
	}

	/**
	 * Returns the second price
	 * @return the second price
	 */
	public double getPrice2() {
		lock.readLock().lock();
		double value=price2;
		lock.readLock().unlock();
		return value;
	}

	/**
	 * Establish the prices
	 * @param price1 The price of the first product
	 * @param price2 The price of the second product
	 */
	public void setPrices(double price1, double price2) {
		lock.writeLock().lock();
		this.price1=price1;
		this.price2=price2;
		lock.writeLock().unlock();
	}
}

Reader.java

package com.dylan.thread.ch2.c05.task;

/**
 * This class implements a reader that consults the prices
 *
 */
public class Reader implements Runnable {

	/**
	 * Class that stores the prices
	 */
	private PricesInfo pricesInfo;
	
	/**
	 * Constructor of the class
	 * @param pricesInfo object that stores the prices
	 */
	public Reader (PricesInfo pricesInfo){
		this.pricesInfo=pricesInfo;
	}
	
	/**
	 * Core method of the reader. Consults the two prices and prints them
	 * to the console
	 */
	@Override
	public void run() {
		for (int i=0; i<10; i++){
			System.out.printf("%s: Price 1: %f\n",Thread.currentThread().getName(),pricesInfo.getPrice1());
			System.out.printf("%s: Price 2: %f\n",Thread.currentThread().getName(),pricesInfo.getPrice2());
		}
	}

}

Writer.java

package com.dylan.thread.ch2.c05.task;

/**
 * This class implements a writer that establish the prices
 *
 */
public class Writer implements Runnable {

	/**
	 * Class that stores the prices
	 */
	private PricesInfo pricesInfo;
	
	/**
	 * Constructor of the class
	 * @param pricesInfo object that stores the prices
	 */
	public Writer(PricesInfo pricesInfo){
		this.pricesInfo=pricesInfo;
	}
	
	/**
	 * Core method of the writer. Establish the prices
	 */
	@Override
	public void run() {
		for (int i=0; i<3; i++) {
			System.out.printf("Writer: Attempt to modify the prices.\n");
			pricesInfo.setPrices(Math.random()*10, Math.random()*8);
			System.out.printf("Writer: Prices have been modified.\n");
			try {
				Thread.sleep(2);
			} catch (InterruptedException e) {
				e.printStackTrace();
			}
		}
	}

}

Main.java

package com.dylan.thread.ch2.c05.core;


import com.dylan.thread.ch2.c05.task.PricesInfo;
import com.dylan.thread.ch2.c05.task.Reader;
import com.dylan.thread.ch2.c05.task.Writer;

/**
 * Main class of the example
 *
 */
public class Main {

	/**
	 * Main class of the example
	 * @param args
	 */
	public static void main(String[] args) {

		// Creates an object to store the prices
		PricesInfo pricesInfo=new PricesInfo();
		
		Reader readers[]=new Reader[5];
		Thread threadsReader[]=new Thread[5];
		
		// Creates five readers and threads to run them
		for (int i=0; i<5; i++){
			readers[i]=new Reader(pricesInfo);
			threadsReader[i]=new Thread(readers[i]);
		}
		
		// Creates a writer and a thread to run it
		Writer writer=new Writer(pricesInfo);
		Thread threadWriter=new Thread(writer);
		
		// Starts the threads
		for (int i=0; i<5; i++){
			threadsReader[i].start();
		}
		threadWriter.start();
		
	}

}


运行结果:

Thread-0: Price 1: 1.000000
Thread-3: Price 1: 1.000000
Thread-3: Price 2: 2.000000
Thread-3: Price 1: 1.000000
Thread-3: Price 2: 2.000000
Thread-3: Price 1: 1.000000
Thread-3: Price 2: 2.000000
Thread-3: Price 1: 1.000000
Thread-3: Price 2: 2.000000
Thread-3: Price 1: 1.000000
Thread-3: Price 2: 2.000000
Writer: Attempt to modify the prices.
Thread-3: Price 1: 1.000000
Thread-3: Price 2: 1.280423
Thread-3: Price 1: 3.047936

...

<think>我们被要求根据提供的引用内容来回答关于Java并发编程的分类问题。引用内容中提到了多种的概念,包括读写、公平/非公平、可重入/不可重入、synchronized、ReentrantLock、自旋、悲观/乐观等。 我们需要将这些按照不同的分类标准进行整理,并给出相应的解释和示例。常见的分类标准包括: 1. 按性质分类:公平/非公平、可重入/不可重入、悲观/乐观等。 2. 按实现方式分类:synchronized(内置)、ReentrantLock(显式)、自旋等。 3. 按功能分类:读写、排他(互斥)等。 根据引用内容,我们可以整理如下: 一、按性质分类 1. 公平与非公平 - 公平:按照线程请求的顺序来获取(先来先得)。引用[1]中提到公平不会出现“线程饥饿”问题,但性能相对较低。 - 非公平:不保证顺序,允许插队。引用[1]指出非公平性能较高,但可能导致某些线程长时间等待(饥饿)。 - 示例:ReentrantLock可以通过构造函数指定是否为公平。 2. 可重入与不可重入 - 可重入:同一个线程可以多次获取同一把,不会因为自己已经持有而阻塞。引用[1]和引用[2]都提到了可重入性。synchronized和ReentrantLock都是可重入- 不可重入:线程在持有的情况下再次请求该时会阻塞,导致死。 3. 悲观与乐观 - 悲观:假设会发生并发冲突,每次操作数据前都加。引用[4]中提到的悲观采用较重的机制,例如synchronized和ReentrantLock。 - 乐观:假设不会发生冲突,操作时不加,在提交时检查是否冲突。引用[4]中提到乐观采用较轻的机制,通常使用版本号或CAS(Compare and Swap)实现,例如AtomicInteger的原子操作。 二、按实现方式分类 1. 内置(synchronized) - 引用[2]和[3]都提到了synchronized,它是Java关键字,使用简单,不需要手动释放。可以修饰方法(实例方法和静态方法)和代码块。 - 在JDK1.6之后进行了优化,引入了偏向、轻量级、重量级升级机制。 2. 显式(ReentrantLock) - 引用[1]和[3]提到了ReentrantLock,它是java.util.concurrent.locks包下的一个类,需要手动获取和释放(通常在finally块中释放)。 - 提供了比synchronized更灵活的功能,如可中断、可设置超时、可设置公平性等。 3. 自旋 - 引用[4]中给出了一个自旋的实现示例。自旋在获取失败时不会立即阻塞,而是循环尝试(自旋),适用于占用时间短的场景,避免线程切换的开销。 - 但是,如果被长时间占用,自旋会浪费CPU资源。 三、按功能分类 1. 读写(ReentrantReadWriteLock) - 引用[1]中提到了读写,它允许多个读操作同时进行,但写操作是互斥的。读是共享,写是排他- 适用于读多写少的场景。 2. 排他(互斥- 每次只允许一个线程访问共享资源,如synchronized和ReentrantLock。 四、其他 1. 偏向、轻量级、重量级:这是synchronized在JVM内部的优化机制(升级过程),引用[2]提到了JDK1.6的优化。 2. 分段:例如ConcurrentHashMap中使用分段技术,提高并发性能。 根据上述分类,我们可以整理如下回答: 注意:在回答中,我们需要在适当的地方添加引用标识,例如[^1]、[^2]等,以表明内容来源。</think>### Java 并发编程中的分类 根据引用内容,Java 并发编程中的可按不同维度分类如下: #### 一、按的实现机制分类 1. **内置(synchronized)** - Java 关键字实现的隐式[^2] - 特点: ✅ 自动获取/释放 ✅ 支持互斥性、可重入性、阻塞性[^2] ✅ 通过对象头实现状态记录 - 使用形式: ```java // 实例方法 public synchronized void method() { ... } // 静态方法 public static synchronized void staticMethod() { ... } // 代码块 synchronized(lockObject) { ... } ``` 2. **显式(ReentrantLock)** - `java.util.concurrent.locks` 包提供的实现[^3] - 特点: ✅ 需要手动调用 `lock()`/`unlock()` ✅ 支持公平/非公平策略 ✅ 提供 `tryLock()` 非阻塞尝试 - 使用示例: ```java private final ReentrantLock lock = new ReentrantLock(); public void method() { lock.lock(); // 手动加 try { // 临界区代码 } finally { lock.unlock(); // 必须释放 } } ``` 3. **自旋(SpinLock)** - 基于 CAS (Compare-And-Swap) 实现的忙等待[^4] - 特点: ✅ 线程不阻塞,循环检查状态 ✅ 适用短期竞争场景 - 实现原理: ```java private AtomicBoolean lock = new AtomicBoolean(false); public void lock() { while (!lock.compareAndSet(false, true)) { // 自旋等待 } } ``` #### 二、按的特性分类 1. **公平 vs 非公平** - **公平**:遵循 FIFO 原则,按请求顺序分配[^1] - **非公平**:允许插队,性能更高但可能饥饿[^1] - 设置方式: ```java // 公平 ReentrantLock fairLock = new ReentrantLock(true); // 非公平(默认) ReentrantLock unfairLock = new ReentrantLock(); ``` 2. **可重入 vs 不可重入** - **可重入**:同一线程可重复获取同一把(如 synchronized、ReentrantLock)[^1][^2] - **不可重入**:重复获取会导致死(如简单自旋)[^1] 3. **读写(ReentrantReadWriteLock)** - 分离读/写操作的特殊[^1] - 特点: ✅ 允许多线程并发读 ✅ 写操作独占 - 使用示例: ```java private ReentrantReadWriteLock rwLock = new ReentrantReadWriteLock(); // 读操作 public void readData() { rwLock.readLock().lock(); try { /* 读操作 */ } finally { rwLock.readLock().unlock(); } } // 写操作 public void writeData() { rwLock.writeLock().lock(); try { /* 写操作 */ } finally { rwLock.writeLock().unlock(); } } ``` #### 三、按并发策略分类 1. **悲观** - 假设并发冲突必然发生[^4] - 实现:synchronized、ReentrantLock - 特点:操作前先加,安全性高但性能开销大 2. **乐观** - 假设冲突较少发生[^4] - 实现:CAS 操作(如 AtomicInteger)、版本号机制 - 特点:先操作后冲突检测,适合读多写少场景 #### 四、synchronized 的升级过程 根据 JVM 优化策略[^2]: 1. **无状态**:新创建对象 2. **偏向**:单线程访问时启用 3. **轻量级**:多线程轻度竞争时通过自旋等待 4. **重量级**:竞争激烈时线程进入阻塞队列 ```mermaid graph LR A[无] -->|单线程访问| B[偏向] B -->|第二个线程访问| C[轻量级] C -->|自旋超过阈值| D[重量级] ``` #### 选择建议 | 场景 | 推荐类型 | 原因 | |--------------------------|---------------------|--------------------------| | 简单同步 | synchronized | 自动管理,代码简洁 | | 需要超时/中断响应 | ReentrantLock | 支持 tryLock 和 lockInterruptibly | | 读多写少 | ReentrantReadWriteLock | 读操作完全并发 | | 短期竞争 | 自旋 | 避免线程切换开销 | | 高并发更新 | 乐观+CAS | 减少竞争开销 | > **关键原则**:根据线程竞争强度、操作特性和性能要求选择机制。内置 `synchronized` 在多数场景已足够,显式 `ReentrantLock` 在需要高级功能时更具灵活性[^2][^3]。
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