锁机制

最新推荐文章于 2022-08-24 16:45:56 发布

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概述：

在java多线程中，有synchronized关键字来实现线程间的同步互斥工作，

那么其实还有一个更优秀的机制去完成这个“同步互斥”工作，他就是Lock对象，

用得最多的是重入锁ReentrantLock和读写锁ReentrantReadWriteLock。他们具有比synchronized更为强大的功能，
并且有嗅探锁定、多路分支等功能。

重入锁ReentrantLock:

在需要进行同步的代码部分加上锁定，但不要忘记最后一定要释放锁定，不然会造成锁永远无法释放，其他线程永远进不来的结果。

public class UseReentrantLock {
	
	private Lock lock = new ReentrantLock();
	
	public void method1(){
		try {
			lock.lock();
			System.out.println("当前线程:" + Thread.currentThread().getName() + "进入method1..");
			Thread.sleep(1000);
			System.out.println("当前线程:" + Thread.currentThread().getName() + "退出method1..");
			Thread.sleep(1000);
		} catch (InterruptedException e) {
			e.printStackTrace();
		} finally {
			
			lock.unlock();
		}
	}
	
	public void method2(){
		try {
			lock.lock();
			System.out.println("当前线程:" + Thread.currentThread().getName() + "进入method2..");
			Thread.sleep(2000);
			System.out.println("当前线程:" + Thread.currentThread().getName() + "退出method2..");
			Thread.sleep(1000);
		} catch (InterruptedException e) {
			e.printStackTrace();
		} finally {
			
			lock.unlock();
		}
	}
	
	public static void main(String[] args) {
		final UseReentrantLock ur = new UseReentrantLock();
		Thread t1 = new Thread(new Runnable() {
			@Override
			public void run() {
				ur.method1();
				ur.method2();
			}
		}, "t1");

		t1.start();
		try {
			Thread.sleep(10);
		} catch (InterruptedException e) {
			e.printStackTrace();
		}
	}
}

读写锁ReentrantReadWriteLock:

其核心就是实现读写分离的锁。在高并发访问下，尤其是读多写少的情况下，性能要远高于重入锁。

synchronized、ReentrantLock，同一时间内，只能有一个线程进行访问被锁定的代码，

那么读写锁则不同，其本质是分成两个锁，即读锁、写锁。在读锁下，多个线程可以并发的进行访问，但是在写锁的时候，只能一个一个的顺序访问。

口诀：读读共享（只有所有线程都是读才是共享），写写互斥，读写互斥（重要：这个一定得互斥）。

package com.bjsxt.height.lock021;

import java.util.concurrent.locks.ReentrantReadWriteLock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantReadWriteLock.ReadLock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantReadWriteLock.WriteLock;

public class UseReentrantReadWriteLock {

	private ReentrantReadWriteLock rwLock = new ReentrantReadWriteLock();
	private ReadLock readLock = rwLock.readLock();
	private WriteLock writeLock = rwLock.writeLock();
	
	public void read(){
		try {
			readLock.lock();
			System.out.println("当前线程:" + Thread.currentThread().getName() + "进入...");
			Thread.sleep(3000);
			System.out.println("当前线程:" + Thread.currentThread().getName() + "退出...");
		} catch (Exception e) {
			e.printStackTrace();
		} finally {
			readLock.unlock();
		}
	}
	
	public void write(){
		try {
			writeLock.lock();
			System.out.println("当前线程:" + Thread.currentThread().getName() + "进入...");
			Thread.sleep(3000);
			System.out.println("当前线程:" + Thread.currentThread().getName() + "退出...");
		} catch (Exception e) {
			e.printStackTrace();
		} finally {
			writeLock.unlock();
		}
	}
	
	public static void main(String[] args) {
		
		final UseReentrantReadWriteLock urrw = new UseReentrantReadWriteLock();
		
		Thread t1 = new Thread(new Runnable() {
			@Override
			public void run() {
				urrw.read();
			}
		}, "t1");
		Thread t2 = new Thread(new Runnable() {
			@Override
			public void run() {
				urrw.read();
			}
		}, "t2");
		Thread t3 = new Thread(new Runnable() {
			@Override
			public void run() {
				urrw.write();
			}
		}, "t3");
		Thread t4 = new Thread(new Runnable() {
			@Override
			public void run() {
				urrw.write();
			}
		}, "t4");		
		
		/**
		 * 两个读锁：
		 * 当前线程:t2进入...
		 * 当前线程:t1进入...
		 * 当前线程:t2退出...
		 * 当前线程:t1退出...
		 * 结论：两个都是读锁，可以同时进入
		 */
//		t1.start();
//		t2.start();
		
		/**
		 * 读写两个锁：
		 * 当前线程:t1进入...
		 * 当前线程:t1退出...
		 * 当前线程:t3进入...
		 * 当前线程:t3退出...
		 * 结论：读写两个锁：互斥进入，谁先抢到锁，谁先进入，下个线程只有等前一个锁释放了才能进
		 */
//		t1.start(); // R 
//		t3.start(); // W
		
		/**
		 * 两个写锁：
		 * 当前线程:t3进入...
		 * 当前线程:t3退出...
		 * 当前线程:t4进入...
		 * 当前线程:t4退出...
		 * 结论：互斥
		 */
		t3.start();
		t4.start();
	}
}

锁与等待/通知。（Lock替代synchronize，Condition代替wait,notify）
使用synchronized的时候，如果需要多线程间进行协作工作则需要Object的wait()和notify()、notifyAll()方法进行配合工作。

那么同样，我们在使用Lock的时候，可以使用一个新的等待/通知的类，它就是Condition。

这个Condition一定是针对具体某一把锁的。也就是在只有锁的基础之上才会产生Condition。

public class UseCondition {

	private Lock lock = new ReentrantLock();
	private Condition condition = lock.newCondition();
	
	public void method1(){
		try {
			lock.lock();
			System.out.println("当前线程：" + Thread.currentThread().getName() + "进入等待状态..");
			Thread.sleep(3000);
			System.out.println("当前线程：" + Thread.currentThread().getName() + "释放锁..");
			condition.await();	//相当于 Object wait
			System.out.println("当前线程：" + Thread.currentThread().getName() +"继续执行...");
		} catch (Exception e) {
			e.printStackTrace();
		} finally {
			lock.unlock();
		}
	}
	
	public void method2(){
		try {
			lock.lock();
			System.out.println("当前线程：" + Thread.currentThread().getName() + "进入..");
			Thread.sleep(3000);
			System.out.println("当前线程：" + Thread.currentThread().getName() + "发出唤醒..");
			condition.signal();	 //相当于 Object notify
		} catch (Exception e) {
			e.printStackTrace();
		} finally {
			lock.unlock();
		}
	}
	
	public static void main(String[] args) {
		final UseCondition uc = new UseCondition();
		Thread t1 = new Thread(new Runnable() {
			@Override
			public void run() {
				uc.method1();
			}
		}, "t1");
		Thread t2 = new Thread(new Runnable() {
			@Override
			public void run() {
				uc.method2();
			}
		}, "t2");
		
		t1.start();
		t2.start();
	}
}

当前线程：t1进入等待状态..
当前线程：t1释放锁..
当前线程：t2进入..
当前线程：t2发出唤醒..
当前线程：t1继续执行...

我们可以通过一个Lock对象产生多个Condition进行多线程间的交互，非常的灵活。可以使得部分需要唤醒的线程唤醒，其他线程则继续等待通知。

package com.bjsxt.height.lock020;

import java.util.concurrent.locks.Condition;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

public class UseManyCondition {

	private ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
	private Condition c1 = lock.newCondition();
	private Condition c2 = lock.newCondition();
	
	public void m1(){
		try {
			lock.lock();
			System.out.println("当前线程：" +Thread.currentThread().getName() + "进入方法m1等待..");
			c1.await();  //await能释放锁，但是会阻塞在这里
			System.out.println("当前线程：" +Thread.currentThread().getName() + "方法m1继续..");
		} catch (Exception e) {
			e.printStackTrace();
		} finally {
			lock.unlock();
		}
	}
	
	public void m2(){
		try {
			lock.lock();
			System.out.println("当前线程：" +Thread.currentThread().getName() + "进入方法m2等待..");
			c1.await();   //await能释放锁，但是会阻塞在这里
			System.out.println("当前线程：" +Thread.currentThread().getName() + "方法m2继续..");
		} catch (Exception e) {
			e.printStackTrace();
		} finally {
			lock.unlock();
		}
	}
	
	public void m3(){
		try {
			lock.lock();
			System.out.println("当前线程：" +Thread.currentThread().getName() + "进入方法m3等待..");
			c2.await();   //await会释放锁，但是会阻塞在这里
			System.out.println("当前线程：" +Thread.currentThread().getName() + "方法m3继续..");
		} catch (Exception e) {
			e.printStackTrace();
		} finally {
			lock.unlock();
		}
	}
	
	public void m4(){
		try {
			lock.lock();
			System.out.println("当前线程：" +Thread.currentThread().getName() + "唤醒..");
			c1.signalAll();
		} catch (Exception e) {
			e.printStackTrace();
		} finally {
			lock.unlock();
		}
	}
	
	public void m5(){
		try {
			lock.lock();
			System.out.println("当前线程：" +Thread.currentThread().getName() + "唤醒..");
			c2.signal();
		} catch (Exception e) {
			e.printStackTrace();
		} finally {
			lock.unlock();
		}
	}
	
	public static void main(String[] args) {
		final UseManyCondition umc = new UseManyCondition();
		Thread t1 = new Thread(new Runnable() {
			@Override
			public void run() {
				umc.m1();
			}
		},"t1");
		Thread t2 = new Thread(new Runnable() {
			@Override
			public void run() {
				umc.m2();
			}
		},"t2");
		Thread t3 = new Thread(new Runnable() {
			@Override
			public void run() {
				umc.m3();
			}
		},"t3");
		Thread t4 = new Thread(new Runnable() {
			@Override
			public void run() {
				umc.m4();
			}
		},"t4");
		Thread t5 = new Thread(new Runnable() {
			@Override
			public void run() {
				umc.m5();
			}
		},"t5");
		
		t1.start();	// c1
		t2.start();	// c1
		t3.start();	// c2
		
		//过一会再唤醒线程
		try {
			Thread.sleep(2000);
		} catch (InterruptedException e) {
			e.printStackTrace();
		}

		t4.start();	// c1
		try {
			Thread.sleep(2000);
		} catch (InterruptedException e) {
			e.printStackTrace();
		}
		t5.start();	// c2
	}
}

当前线程：t1进入方法m1等待..
当前线程：t3进入方法m3等待..
当前线程：t2进入方法m2等待..
当前线程：t4唤醒..
当前线程：t1方法m1继续..
当前线程：t2方法m2继续..
当前线程：t5唤醒..
当前线程：t3方法m3继续..

公平锁和非公平锁：

Lock lock = new ReentrantLock(boolean isFair);  //不公平锁，顺序由CPU定，公平锁，要维护顺序，性能不及不公平锁

lock用法：

tryLock(): 尝试获得锁，获得结果用true/false返回。
tryLock():在给定的时间内尝试获得锁，获得结果用true/false返回。
isFair()：是否是公平锁。
isLocked():是否锁定。
getHoldCount(): 查询当前线程保持此锁的个数，也就是调用lock()次数。
lockInterruptibly():优先响应中断的锁。
getQueueLength():返回正在等待获取此锁定的线程数。
getWaitQueueLength():返回等待与锁定相关的给定条件Condition的线程数。
hasQueuedThread(Thread thread): 查询指定的线程是否正在等待此锁。
hasQueuedThreads(): //查询是否有线程正在等待此锁。
hasWaiters():查询是否有线程正在等待与此锁定有关的condition条件。

优化：
1 避免死锁
2 减小锁的持有时间
3 减小锁的粒度
4 锁的分离
5 尽量使用无锁的操作，如原子操作（Atomic系列类），volatile关键字