并发编程高级篇（三）

最新推荐文章于 2024-11-28 03:30:00 发布

而立之年88

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分类专栏：架构师

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本文深入讲解了Java中的锁机制，包括重入锁ReentrantLock的使用方法及其与synchronized的区别，Condition条件对象的多种应用场景，以及读写锁ReentrantReadWriteLock的特性与实践案例。

摘要生成于 C知道，由 DeepSeek-R1 满血版支持，前往体验 >

一、重入锁和读写分离锁的使用

1、锁

在java多线程中，我们知道可以使用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，我们主要学习两种锁，重入锁和读写锁。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。

ReentrantLock重入锁：

重入锁，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。

实例代码：

public class UseReentrantLock {
	
	//和使用synchronized一样，功能上要比synchronized更强大，更灵活
	private Lock lock = new ReentrantLock(); 
	
	public void method1(){
		try {
			lock.lock();//锁定：原来是在方法上加synchronized关键字 ，现在代码出加lock()方法就行。
			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 {  //注意：使用lock锁必须要有finally
			
			lock.unlock();//解锁
		}
	}
	
	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();
		}
		//System.out.println(ur.lock.getQueueLength());
	}
	
}

打印结果：

当前线程:t1进入method1..
当前线程:t1退出method1..
当前线程:t1进入method2..
当前线程:t1退出method2..

2、锁与等待、通知

还记得我们在使用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（条件、决定的意思）。

实例代码：

public class UseCondition {

	private Lock lock = new ReentrantLock();//实例化ReentrantLock这把锁
	private Condition condition = lock.newCondition();//得到了一个condition对象
	
	public void method1(){
		try {
			lock.lock();//锁定
			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类里面的 wait()方法
			System.out.println("当前线程：" + Thread.currentThread().getName() +"继续执行...");
		} catch (Exception e) {
			e.printStackTrace();
		} finally {
			lock.unlock();//解锁
		}
	}
	
	public void method2(){
		try {
			lock.lock();//锁定
			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();	//signal是信号的意思：相当于Object里面的 notify()方法
		} catch (Exception e) {
			e.printStackTrace();
		} finally {
			lock.unlock();//解锁
		}
	}
	
	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();
	}
}

打印结果：

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...

3、多Condition

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。

实例代码：

public class UseManyCondition {

	private ReentrantLock lock = new ReentrantLock();// 得到一个Reentrantlock
	private Condition c1 = lock.newCondition();// 创建第一个Condition
	private Condition c2 = lock.newCondition();// 创建第二个Condition
	
	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();
			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();
			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();
			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
		

		try {
			Thread.sleep(2000);
		} catch (InterruptedException e) {
			e.printStackTrace();
		}

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

打印结果：

当前线程：t1进入方法m1等待..
当前线程：t2进入方法m2等待..
当前线程：t3进入方法m3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..

4、Lock/Condition其他方法和用法

公平锁和非公平锁：

Lock lock = new ReentrantLock(boolean isFair) //true是非公平锁、false是公平锁

Lock lock = new ReentrantLock()//不加参数表示非公平的锁。效率要高于公平锁，因为公平锁还要在代码里维护一下顺序

公平的意思：哪个代码先调用，哪个代码先上锁。

非公平的意思：没有顺序的上锁。

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。

hasQueueThread（Thread thread）：查询指定的线程是否正在等待此锁。

hasQueueThreads（）：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。

5、ReentrantReadWriteLock（读写锁）

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。

之前学synchronized、ReentrantLock时，我们知道，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，写写互斥，读写互斥。

代码实例：

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");		
		
//		t1.start();
//		t2.start();
		
		t1.start(); // R 
		t3.start(); // W
		
		//t3.start();
		//t4.start();
		
	}
}

打印结果：

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...

分布式锁的概念：

使用zookeeper实现分布式锁