ReentrantLock的使用和原理详解

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一、ReentrantLock 小例子

import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
public class ReentrantLockTest extends Thread {
    public static ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
    public static int i = 0;

    public ReentrantLockTest(String name) {
        super.setName(name);
    }

    @Override
    public void run() {
        for (int j = 0; j < 10000000; j++) {
            lock.lock();
            try {
                System.out.println(this.getName() + " " + i);
                i++;
            } finally {
                lock.unlock();
            }
        }
    }

    /**
     * @param args
     * @throws InterruptedException
     */
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        ReentrantLockTest test1 = new ReentrantLockTest("thread1");
        ReentrantLockTest test2 = new ReentrantLockTest("thread2");

        test1.start();
        test2.start();
        test1.join();
        test2.join();
        System.out.println(i);
    }
}

最后的结果是 20000000；如果去掉锁，那么输出结果是一个小于20000000的不确定的数

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二、ReentrantLock的优点

• java中已经有了内置锁：synchronized,synchronized的特点是使用简单，一切交给JVM去处理,不需要显示释放
• 从用法上可以看出，与synchronized相比， ReentrantLock就稍微复杂一点。因为必须在finally中进行解锁操作，如果不在 finally解锁，有可能代码出现异常锁没被释放，

那么为什么要引入ReentrantLock呢？

• 在jdk1.5里面，ReentrantLock的性能是明显优于synchronized的，但是在jdk1.6里面，synchronized做了优化，他们之间的性能差别已经不明显了。

• ReentrantLock并不是一种替代内置加锁的方法，而是作为一种可选择的高级功能。

• 相比于synchronized，ReentrantLock在功能上更加丰富，它具有可重入、可中断、可限时、公平锁等特点。

1.可重入（其实synchronized 也是可重入的）

• 避免堵塞：lock1.lock()获取lock1对象的锁，while1中的lock1.lock()也是尝试获取lock1对象的锁，但是lock1对象的锁已经在上面被获取了，所以这个程序会一直阻塞在这里，但是有了可重入锁，这里不再需要获取这个锁了，直接往下运行。

• 提高效率：拿一把锁，只要没有unlock释放，可以重复使用，不需要一直获取同一把锁

lock1.lock();
while(...){
    //上面已拿到锁，这里可以重复使用
    lock1.lock();
    //lock2还要重新获取锁
    lock2.lock();
}

由于ReentrantLock是重入锁，所以可以反复得到相同的一把锁，它有一个与锁相关的获取计数器，如果拥有锁的某个线程再次得到锁，那么获取计数器就加1，然后锁需要被释放两次才能获得真正释放(重入锁)。

lock的底层是用CAS实现的，并且expect是0,update是1，当期望值是0相等的时候，把它替换成1，这样相当于拿到了锁，但是当真实值不等于期望值，就说明这个锁已经被别的线程拿了，需要等待释放。只有一个人能够将状态成功的更新为1，更新之后，和期望值不相等，其余线程都无法更新。

2.可中断

与synchronized不同的是，ReentrantLock对中断是有响应的.synchronized一旦尝试获取锁就会一直等待直到获取到锁。

构造一个死锁的例子，然后用中断来处理死锁

代码如下：

package concurrency.in.practice;

import java.lang.management.ManagementFactory;
import java.lang.management.ThreadInfo;
import java.lang.management.ThreadMXBean;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

public class LockInterrupt extends Thread {

    public static ReentrantLock lock1 = new ReentrantLock();
    public static ReentrantLock lock2 = new ReentrantLock();

    int lock;

    public LockInterrupt(int lock, String name) {

        super(name);
        this.lock = lock;
    }

    @Override
    public void run() {
        try {
            if (lock == 1) {
                lock1.lockInterruptibly();
                try {
                    Thread.sleep(500);
                } catch (Exception e) {
                    // TODO: handle exception
                }
                lock2.lockInterruptibly();
            } else {
                lock2.lockInterruptibly();
                try {
                    Thread.sleep(500);
                } catch (Exception e) {
                    // TODO: handle exception
                }
                lock1.lockInterruptibly();
            }
        } catch (Exception e) {
            // TODO: handle exception
        } finally {
            if (lock1.isHeldByCurrentThread()) {
                lock1.unlock();
            }
            if (lock2.isHeldByCurrentThread()) {
                lock2.unlock();
            }
            System.out.println(Thread.currentThread().getId() + ":线程退出");
        }
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        LockInterrupt t1 = new LockInterrupt(1, "LockInterrupt1");
        LockInterrupt t2 = new LockInterrupt(2, "LockInterrupt2");
        t1.start();
        t2.start();
        Thread.sleep(1000);

        //DeadlockChecker.check();
    }

    static class DeadlockChecker {

        private final static ThreadMXBean mbean = ManagementFactory
            .getThreadMXBean();

        public static void check() {

            Thread tt = new Thread(() -> {
                {
                    // TODO Auto-generated method stub
                    while (true) {
                        long[] deadlockedThreadIds = mbean.findDeadlockedThreads();
                        if (deadlockedThreadIds != null) {
                            ThreadInfo[] threadInfos = mbean.getThreadInfo(deadlockedThreadIds);
                            for (Thread t : Thread.getAllStackTraces().keySet()) {
                                for (int i = 0; i < threadInfos.length; i++) {
                                    if (t.getId() == threadInfos[i].getThreadId()) {
                                        System.out.println(t.getName());
                                        t.interrupt();
                                    }
                                }
                            }
                        }
                        try {
                            Thread.sleep(5000);
                        } catch (Exception e) {
                            // TODO: handle exception
                        }
                    }

                }
            });
            tt.setDaemon(true);
            tt.start();
        }

    }

}

执行后，出现了死锁，可通过中断来停止线程

3.可限时

• 超时不能获得锁，就返回false，不会永久等待构成死锁
• 使用lock.tryLock(long timeout, TimeUnit unit)来实现可限时锁，参数为时间和单位。

例子：

package concurrency.in.practice;

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

public class TryLockTest extends Thread {

    public static ReentrantLock lock = new ReentrantLock();

    public TryLockTest(String name){
        super(name);
    }

    @Override
    public void run() {
        try {
            if (lock.tryLock(5, TimeUnit.SECONDS)) {
                Thread.sleep(6000);
            } else {
                System.out.println(this.getName() + " get lock failed");
            }
        } catch (Exception e) {
        } finally {
            if (lock.isHeldByCurrentThread()) {
                System.out.println("lock.isHeldByCurrentThread: " + this.getName());
                lock.unlock();
            }
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        TryLockTest t1 = new TryLockTest("TryLockTest1");
        TryLockTest t2 = new TryLockTest("TryLockTest2");

        t1.start();
        t2.start();
    }

}

两个线程来争夺一把锁，获得锁的线程sleep6秒，每个线程都只尝试5秒去获得锁。
所以必定有一个线程无法获得锁。无法获得后就直接退出了。

3.公平锁

• 一般意义上的锁是不公平的，不一定先来的线程能先得到锁，后来的线程就后得到锁。不公平的锁可能会产生饥饿现象。
• 公平锁的意思就是，这个锁能保证线程是先来的先得到锁。虽然公平锁不会产生饥饿现象，但是公平锁的性能会比非公平锁差很多。
• 默认是非公平锁，可修改参数new ReentrantLock(true)实现公平锁

使用方法：

public ReentrantLock(boolean fair) 
public static ReentrantLock fairLock = new ReentrantLock(true);

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