【Java】锁

锁

• java中提供了两种不同的方式加锁，synchronized和juc包下的Lock接口。

• sychronized可重入、不可中断、非公平;Lock可重入、可中断、非公平和公平;

• Lock是java 1.5中引入的线程同步工具，它主要用于多线程下共享资源的控制。

• • 需要用户主动释放锁
• • 可中断，设置超时中断
• • 默认也是非公平锁，可以设置成公平锁
• • 锁绑定多个condition用来精确唤醒

• 常见方法：

• void lock();尝试获取锁，获取成功则返回，否则阻塞当前线程

• void lockInterruptibly() throws InterruptedException;尝试获取锁，线程在成功获取锁之前被中断，则放弃获取锁，抛出异常

• boolean tryLock();尝试获取锁，获取锁成功则返回true，否则返回false

• boolean tryLock(long time, TimeUnit unit)尝试获取锁，若在规定时间内获取到锁，则返回true，否则返回false，未获取锁之前被中断，则抛出异常

• void unlock();释放锁，一般需要使用try/finally结构保证锁的释放

lock

• Lock有三个实现类，一个是ReentrantLock，另两个是ReentrantReadWriteLock类中的两个静态内部类ReadLock和WriteLock。这些类的底层使用都依赖于juc包抽象队列同步器AbstractQueuedSynchronizer

• 使用方法：多线程下访问（互斥）共享资源时， 访问前加锁，访问结束以后解锁， 解锁的操作推荐放入finally块中。

• private static final ReentrantLock lock=new ReentrantLock(); 定义锁对象

• 在具体方法中
  lock.lock();
  try{
  代码块;
  }finally{
  lock.unlock();
  }

public class Test1 {
	public static void main(String[] args) {
		NumOperation no = new NumOperation();
		// 启动8个线程，一个线程执行50次加，一个线程执行50次减操作
		Thread[] ts = new Thread[8];
		for (int k = 0; k < 4; k++) {
			ts[k * 2] = new Thread(() -> {
				for (int i = 0; i < 50; i++)
					no.add();
			});
			ts[k * 2].start();
			ts[k * 2 + 1] = new Thread(() -> {
				for (int i = 0; i < 50; i++)
					no.sub();
			});
			ts[k * 2 + 1].start();
		}
		for (Thread tmp : ts)
			if (tmp != null)
				try {
					tmp.join();
				} catch (InterruptedException e) {
					e.printStackTrace();
				}
		System.out.println("Main:" + no.getNum());
	}
}

class NumOperation {
	private Long num = 0L;// 共享数据
	//这里的静态特性用于保证锁只有一个
	private static final Lock lock = new ReentrantLock();// 重入锁，是Lock接口的一个实现

	public void add() {
		lock.lock(); // 申请锁，获取不到锁则会阻塞
		try {
			System.out.println(Thread.currentThread() + "开始加操作..." + num);
			num++;
			System.out.println(Thread.currentThread() + "结束加操作..." + num);
		} finally {
			lock.unlock();// 释放锁，lock允许重入，但是必须保证申请和释放次数相等
		}
	}

	public void sub() {
		lock.lock();
		try {
			System.out.println(Thread.currentThread() + "开始减操作..." + num);
			num--;
			System.out.println(Thread.currentThread() + "结束减操作..." + num);
		} finally {
			lock.unlock();
		}
	}
	public Long getNum() {
		return num;
	}
}

• Condition接口是一个可以带条件的线程通知接口，需要和Lock锁一起使用， 用于实现比Object类种线程通知方法更精细的控制 wait/notify/notifyAll

• 方法：

• await()类似于Object种的wait方法

• signal()类似于Object中的notify方法

• 应用场景：线程如果不满足某个Condition将被暂停挂起，而等到线程满足条件时被唤醒

public class Test3 {
	public static void main(String[] args) {
		OutResource or = new OutResource();
		for (int i = 0; i < 5; i++) {
			new Thread(() -> {
				for(int ik=0;ik<10;ik++)
					or.printA();
			}).start();
			new Thread(() -> {
				for(int ik=0;ik<10;ik++)
					or.printB();
			}).start();
		}
	}
}

class OutResource {
	private static final Lock lock = new ReentrantLock();
	private static final Condition acon = lock.newCondition();
	private static final Condition bcon = lock.newCondition();
	private volatile boolean isA = false;

	public void printA() {
		lock.lock();
		try {
			while (isA) {
				try {
					acon.await();
				} catch (InterruptedException e) {
					e.printStackTrace();
				}
			}
			System.out.println("A" + Thread.currentThread().getName() + " ");
			isA = true;
			bcon.signalAll();
		} finally {
			lock.unlock();
		}
	}

	public void printB() {
		lock.lock();
		try {
			while (!isA) {
				try {
					bcon.await();
				} catch (InterruptedException e) {
					e.printStackTrace();
				}
			}
			System.out.println("B" + Thread.currentThread().getName() + " ");
			isA = false;
			acon.signalAll();
		} finally {
			lock.unlock();
		}
	}

synchronized的缺陷

• sychronized是java的一个关键字，是java内置的特性，没有区分读写锁

• Lock接口

• 实现类ReentrantLock，区分读写ReadWriteLock接口

• • tryLock
• • lock

• 具体实现类ReentrantLock

• 实现了Lock接口

• • newCondition创建一个条件对象，用来管理得到锁但是不能执行工作的线程

• 如果一个线程lock.lock()已经获取了锁，也可以多次调用这个方法(重入锁名称的来源)，都可以获取到锁，但是获取多少次锁必须通过lock.unlock释放多少次，否则其它线程会阻塞在lock.lock()方法上，注意lock()方法和unlock()方法的执行次数必须匹配，所以一般建议使用lock.lock();try{}finally{lock.unlock();}

当调用condition.await()阻塞线程时会自动释放锁，不管调用了多少次lock.lock()，这时阻塞在lock.lock()方法上线程则可以获取锁

当调用condition.signal()唤醒线程时会继续上次阻塞的位置继续执行,默认会自动重新获取锁(注意和阻塞时获取锁的次数一致)

ReentrantReadWriteLock是Lock的另一种实现方式，ReentrantLock是一个排他锁，同一时间只允许一个
线程访问，而ReentrantReadWriteLock允许多个读线程同时访问，但不允许写线程和读线程、写线程和写
线程同时访问。相对于排他锁，提高了并发性。在实际应用中，大部分情况下对共享数据（如缓存）的访问
都是读操作远多于写操作，这时ReentrantReadWriteLock能够提供比排他锁更好的并发性和吞吐量。

ReentrantLock底层实现

• 底层实现依赖于Sync实现的，Sync是AbstractQueuedSynchronizer的抽象子类。
  在ReentrantLock中有2个静态内部类NonfairSync和FairSync分别代表非公平锁 和公平锁，可以在创建ReentrantLock对象时使用参数进行指定。

• public ReentrantLock() {
  sync = new NonfairSync();
  }

  public ReentrantLock(boolean fair) {
  sync = fair ? new FairSync() : new NonfairSync();
  }

  ReentrantLock提供了很多的额外方法，例如isFair()可以判断锁是否为公平锁
  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，hasQueuedThreads()判断是否有线程在等待该锁

ReadWriteLock接口

• 实例上和Lock接口无关，提供了通过分开读锁和写锁，控制锁阻塞的方法，提高程序的执行效率

• public interface ReadWriteLock {
  Lock readLock(); 用于获取读锁，读锁之间不相互阻塞
  Lock writeLock(); 用于获取写锁，写锁和其它锁互斥
  }
  功能在于将文件的读写操作分开，分成2个锁分配给线程，从而实现多个线程可以同时执行读操作

• 实现类ReentrantReadWriteLock

• 提供了写锁和读锁的实现