今天看了併發實踐這本書的ReentantLock這章,感覺對ReentantLock還是不夠熟悉,有許多疑問,所有在網上找了很多文章看了一下,總體說的不夠詳細,重點和焦點問題沒有談到,但這篇文章相當不錯,說的很全面,主要的重點都說到了,所有在這裏轉載了這篇文章,注意紅色字體。
在上一篇文章中我們講到了如何使用關鍵字synchronized來實現同步訪問。本文我們繼續來探討這個問題,從Java 5之後,在java.util.concurrent.locks包下提供了另外一種方式來實現同步訪問,那就是Lock。
也許有朋友會問,既然都可以通過synchronized來實現同步訪問了,那麼爲什麼還需要提供Lock?這個問題將在下面進行闡述。本文先從synchronized的缺陷講起,然後再講述java.util.concurrent.locks包下常用的有哪些類和接口,最後討論以下一些關於鎖的概念方面的東西
以下是本文目錄大綱:
一.synchronized的缺陷
二.java.util.concurrent.locks包下常用的類
三.鎖的相關概念介紹
若有不正之處請多多諒解,並歡迎批評指正。
請尊重作者勞動成果,轉載請標明原文鏈接:
http://www.cnblogs.com/dolphin0520/p/3923167.html
一.synchronized的缺陷
synchronized是java中的一個關鍵字,也就是說是Java語言內置的特性。那麼爲什麼會出現Lock呢?
在上面一篇文章中,我們瞭解到如果一個代碼塊被synchronized修飾了,當一個線程獲取了對應的鎖,並執行該代碼塊時,其他線程便只能一直等待,等待獲取鎖的線程釋放鎖,而這裏獲取鎖的線程釋放鎖只會有兩種情況:
1)獲取鎖的線程執行完了該代碼塊,然後線程釋放對鎖的佔有;
2)線程執行發生異常,此時JVM會讓線程自動釋放鎖。
那麼如果這個獲取鎖的線程由於要等待IO或者其他原因(比如調用sleep方法)被阻塞了,但是又沒有釋放鎖,其他線程便只能乾巴巴地等待,試想一下,這多麼影響程序執行效率。
因此就需要有一種機制可以不讓等待的線程一直無期限地等待下去(比如只等待一定的時間或者能夠響應中斷),通過Lock就可以辦到。
再舉個例子:當有多個線程讀寫文件時,讀操作和寫操作會發生衝突現象,寫操作和寫操作會發生衝突現象,但是讀操作和讀操作不會發生衝突現象。
但是採用synchronized關鍵字來實現同步的話,就會導致一個問題:
如果多個線程都只是進行讀操作,所以當一個線程在進行讀操作時,其他線程只能等待無法進行讀操作。
因此就需要一種機制來使得多個線程都只是進行讀操作時,線程之間不會發生衝突,通過Lock就可以辦到。
另外,通過Lock可以知道線程有沒有成功獲取到鎖。這個是synchronized無法辦到的。
總結一下,也就是說Lock提供了比synchronized更多的功能。但是要注意以下幾點:
1)Lock不是Java語言內置的,synchronized是Java語言的關鍵字,因此是內置特性。Lock是一個類,通過這個類可以實現同步訪問;
2)Lock和synchronized有一點非常大的不同,採用synchronized不需要用戶去手動釋放鎖,當synchronized方法或者synchronized代碼塊執行完之後,系統會自動讓線程釋放對鎖的佔用;而Lock則必須要用戶去手動釋放鎖,如果沒有主動釋放鎖,就有可能導致出現死鎖現象。
二.java.util.concurrent.locks包下常用的類
下面我們就來探討一下java.util.concurrent.locks包中常用的類和接口。
1.Lock
首先要說明的就是Lock,通過查看Lock的源碼可知,Lock是一個接口:
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public interface Lock
{ void lock(); void lockInterruptibly() throws InterruptedException; boolean tryLock(); boolean tryLock( long time,
TimeUnit unit) throws InterruptedException; void unlock(); Condition
newCondition(); } |
下面來逐個講述Lock接口中每個方法的使用,lock()、tryLock()、tryLock(long time, TimeUnit unit)和lockInterruptibly()是用來獲取鎖的。unLock()方法是用來釋放鎖的。newCondition()這個方法暫且不在此講述,會在後面的線程協作一文中講述。
在Lock中聲明瞭四個方法來獲取鎖,那麼這四個方法有何區別呢?
首先lock()方法是平常使用得最多的一個方法,就是用來獲取鎖。如果鎖已被其他線程獲取,則進行等待。
由於在前面講到如果採用Lock,必須主動去釋放鎖,並且在發生異常時,不會自動釋放鎖。因此一般來說,使用Lock必須在try{}catch{}塊中進行,並且將釋放鎖的操作放在finally塊中進行,以保證鎖一定被被釋放,防止死鎖的發生。通常使用Lock來進行同步的話,是以下面這種形式去使用的:
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Lock
lock = ...; lock.lock(); try { //處理任務 } catch (Exception
ex){ } finally { lock.unlock(); //釋放鎖 } |
tryLock()方法是有返回值的,它表示用來嘗試獲取鎖,如果獲取成功,則返回true,如果獲取失敗(即鎖已被其他線程獲取),則返回false,也就說這個方法無論如何都會立即返回。在拿不到鎖時不會一直在那等待。
tryLock(long time, TimeUnit unit)方法和tryLock()方法是類似的,只不過區別在於這個方法在拿不到鎖時會等待一定的時間,在時間期限之內如果還拿不到鎖,就返回false。如果如果一開始拿到鎖或者在等待期間內拿到了鎖,則返回true。
所以,一般情況下通過tryLock來獲取鎖時是這樣使用的:
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Lock
lock = ...; if (lock.tryLock())
{ try { //處理任務 } catch (Exception
ex){ } finally { lock.unlock(); //釋放鎖 } } else { //如果不能獲取鎖,則直接做其他事情 } |
lockInterruptibly()方法比較特殊,當通過這個方法去獲取鎖時,如果線程正在等待獲取鎖,則這個線程能夠響應中斷,即中斷線程的等待狀態。也就使說,當兩個線程同時通過lock.lockInterruptibly()想獲取某個鎖時,假若此時線程A獲取到了鎖,而線程B只有在等待,那麼對線程B調用threadB.interrupt()方法能夠中斷線程B的等待過程。
由於lockInterruptibly()的聲明中拋出了異常,所以lock.lockInterruptibly()必須放在try塊中或者在調用lockInterruptibly()的方法外聲明拋出InterruptedException。
因此lockInterruptibly()一般的使用形式如下:
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public void method() throws InterruptedException
{ lock.lockInterruptibly(); try { //..... } finally { lock.unlock(); } } |
注意,當一個線程獲取了鎖之後,是不會被interrupt()方法中斷的。因爲本身在前面的文章中講過單獨調用interrupt()方法不能中斷正在運行過程中的線程,只能中斷阻塞過程中的線程。
因此當通過lockInterruptibly()方法獲取某個鎖時,如果不能獲取到,只有進行等待的情況下,是可以響應中斷的。
而用synchronized修飾的話,當一個線程處於等待某個鎖的狀態,是無法被中斷的,只有一直等待下去。
2.ReentrantLock
ReentrantLock,意思是“可重入鎖”,關於可重入鎖的概念在下一節講述。ReentrantLock是唯一實現了Lock接口的類,並且ReentrantLock提供了更多的方法。下面通過一些實例看具體看一下如何使用ReentrantLock。
例子1,lock()的正確使用方法
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public class Test
{ private ArrayList<Integer>
arrayList = new ArrayList<Integer>(); public static void main(String[]
args) { final Test
test = new Test(); new Thread(){ public void run()
{ test.insert(Thread.currentThread()); }; }.start(); new Thread(){ public void run()
{ test.insert(Thread.currentThread()); }; }.start(); } public void insert(Thread
thread) { Lock
lock = new ReentrantLock(); //注意這個地方 lock.lock(); try { System.out.println(thread.getName()+ "得到了鎖" ); for ( int i= 0 ;i< 5 ;i++)
{ arrayList.add(i); } } catch (Exception
e) { //
TODO: handle exception } finally { System.out.println(thread.getName()+ "釋放了鎖" ); lock.unlock(); } } } |
各位朋友先想一下這段代碼的輸出結果是什麼?
也許有朋友會問,怎麼會輸出這個結果?第二個線程怎麼會在第一個線程釋放鎖之前得到了鎖?原因在於,在insert方法中的lock變量是局部變量,每個線程執行該方法時都會保存一個副本,那麼理所當然每個線程執行到lock.lock()處獲取的是不同的鎖,所以就不會發生衝突。
知道了原因改起來就比較容易了,只需要將lock聲明爲類的屬性即可。
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public class Test
{ private ArrayList<Integer>
arrayList = new ArrayList<Integer>(); private Lock
lock = new ReentrantLock(); //注意這個地方 public static void main(String[]
args) { final Test
test = new Test(); new Thread(){ public void run()
{ test.insert(Thread.currentThread()); }; }.start(); new Thread(){ public void run()
{ test.insert(Thread.currentThread()); }; }.start(); } public void insert(Thread
thread) { lock.lock(); try { System.out.println(thread.getName()+ "得到了鎖" ); for ( int i= 0 ;i< 5 ;i++)
{ arrayList.add(i); } } catch (Exception
e) { //
TODO: handle exception } finally { System.out.println(thread.getName()+ "釋放了鎖" ); lock.unlock(); } } } |
這樣就是正確地使用Lock的方法了。
例子2,tryLock()的使用方法
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public class Test
{ private ArrayList<Integer>
arrayList = new ArrayList<Integer>(); private Lock
lock = new ReentrantLock(); //注意這個地方 public static void main(String[]
args) { final Test
test = new Test(); new Thread(){ public void run()
{ test.insert(Thread.currentThread()); }; }.start(); new Thread(){ public void run()
{ test.insert(Thread.currentThread()); }; }.start(); } public void insert(Thread
thread) { if (lock.tryLock())
{ try { System.out.println(thread.getName()+ "得到了鎖" ); for ( int i= 0 ;i< 5 ;i++)
{ arrayList.add(i); } } catch (Exception
e) { //
TODO: handle exception } finally { System.out.println(thread.getName()+ "釋放了鎖" ); lock.unlock(); } } else { System.out.println(thread.getName()+ "獲取鎖失敗" ); } } } |
輸出結果:
例子3,lockInterruptibly()響應中斷的使用方法:
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public class Test
{ private Lock
lock = new ReentrantLock(); public static void main(String[]
args) { Test
test = new Test(); MyThread
thread1 = new MyThread(test); MyThread
thread2 = new MyThread(test); thread1.start(); thread2.start(); try { Thread.sleep( 2000 ); } catch (InterruptedException
e) { e.printStackTrace(); } thread2.interrupt(); } public void insert(Thread
thread) throws InterruptedException{ lock.lockInterruptibly(); //注意,如果需要正確中斷等待鎖的線程,必須將獲取鎖放在外面,然後將InterruptedException拋出 try { System.out.println(thread.getName()+ "得到了鎖" ); long startTime
= System.currentTimeMillis(); for (
; ;) { if (System.currentTimeMillis()
- startTime >= Integer.MAX_VALUE) break ; //插入數據 } } finally { System.out.println(Thread.currentThread().getName()+ "執行finally" ); lock.unlock(); System.out.println(thread.getName()+ "釋放了鎖" ); } } } class MyThread extends Thread
{ private Test
test = null ; public MyThread(Test
test) { this .test
= test; } @Override public void run()
{ try { test.insert(Thread.currentThread()); } catch (InterruptedException
e) { System.out.println(Thread.currentThread().getName()+ "被中斷" ); } } } |
運行之後,發現thread2能夠被正確中斷。
3.ReadWriteLock
ReadWriteLock也是一個接口,在它裏面只定義了兩個方法:
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public interface ReadWriteLock
{ /** *
Returns the lock used for reading. * *
@return the lock used for reading. */ Lock
readLock(); /** *
Returns the lock used for writing. * *
@return the lock used for writing. */ Lock
writeLock(); } |
一個用來獲取讀鎖,一個用來獲取寫鎖。也就是說將文件的讀寫操作分開,分成2個鎖來分配給線程,從而使得多個線程可以同時進行讀操作。下面的ReentrantReadWriteLock實現了ReadWriteLock接口。
4.ReentrantReadWriteLock
ReentrantReadWriteLock裏面提供了很多豐富的方法,不過最主要的有兩個方法:readLock()和writeLock()用來獲取讀鎖和寫鎖。
下面通過幾個例子來看一下ReentrantReadWriteLock具體用法。
假如有多個線程要同時進行讀操作的話,先看一下synchronized達到的效果:
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public class Test
{ private ReentrantReadWriteLock
rwl = new ReentrantReadWriteLock(); public static void main(String[]
args) { final Test
test = new Test(); new Thread(){ public void run()
{ test.get(Thread.currentThread()); }; }.start(); new Thread(){ public void run()
{ test.get(Thread.currentThread()); }; }.start(); } public synchronized void get(Thread
thread) { long start
= System.currentTimeMillis(); while (System.currentTimeMillis()
- start <= 1 )
{ System.out.println(thread.getName()+ "正在進行讀操作" ); } System.out.println(thread.getName()+ "讀操作完畢" ); } } |
這段程序的輸出結果會是,直到thread1執行完讀操作之後,纔會打印thread2執行讀操作的信息。
而改成用讀寫鎖的話:
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public class Test
{ private ReentrantReadWriteLock
rwl = new ReentrantReadWriteLock(); public static void main(String[]
args) { final Test
test = new Test(); new Thread(){ public void run()
{ test.get(Thread.currentThread()); }; }.start(); new Thread(){ public void run()
{ test.get(Thread.currentThread()); }; }.start(); } public void get(Thread
thread) { rwl.readLock().lock(); try { long start
= System.currentTimeMillis(); while (System.currentTimeMillis()
- start <= 1 )
{ System.out.println(thread.getName()+ "正在進行讀操作" ); } System.out.println(thread.getName()+ "讀操作完畢" ); } finally { rwl.readLock().unlock(); } } } |
此時打印的結果爲:
說明thread1和thread2在同時進行讀操作。
這樣就大大提升了讀操作的效率。
不過要注意的是,如果有一個線程已經佔用了讀鎖,則此時其他線程如果要申請寫鎖,則申請寫鎖的線程會一直等待釋放讀鎖。
如果有一個線程已經佔用了寫鎖,則此時其他線程如果申請寫鎖或者讀鎖,則申請的線程會一直等待釋放寫鎖。
關於ReentrantReadWriteLock類中的其他方法感興趣的朋友可以自行查閱API文檔。
5.Lock和synchronized的選擇
總結來說,Lock和synchronized有以下幾點不同:
1)Lock是一個接口,而synchronized是Java中的關鍵字,synchronized是內置的語言實現;
2)synchronized在發生異常時,會自動釋放線程佔有的鎖,因此不會導致死鎖現象發生;而Lock在發生異常時,如果沒有主動通過unLock()去釋放鎖,則很可能造成死鎖現象,因此使用Lock時需要在finally塊中釋放鎖;
3)Lock可以讓等待鎖的線程響應中斷,而synchronized卻不行,使用synchronized時,等待的線程會一直等待下去,不能夠響應中斷;
4)通過Lock可以知道有沒有成功獲取鎖,而synchronized卻無法辦到。
5)Lock可以提高多個線程進行讀操作的效率。
在性能上來說,如果競爭資源不激烈,兩者的性能是差不多的,而當競爭資源非常激烈時(即有大量線程同時競爭),此時Lock的性能要遠遠優於synchronized。所以說,在具體使用時要根據適當情況選擇。
三.鎖的相關概念介紹
在前面介紹了Lock的基本使用,這一節來介紹一下與鎖相關的幾個概念。
1.可重入鎖
如果鎖具備可重入性,則稱作爲可重入鎖。像synchronized和ReentrantLock都是可重入鎖,可重入性在我看來實際上表明瞭鎖的分配機制:基於線程的分配,而不是基於方法調用的分配。舉個簡單的例子,當一個線程執行到某個synchronized方法時,比如說method1,而在method1中會調用另外一個synchronized方法method2,此時線程不必重新去申請鎖,而是可以直接執行方法method2。
看下面這段代碼就明白了:
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class MyClass
{ public synchronized void method1()
{ method2(); } public synchronized void method2()
{ } } |
上述代碼中的兩個方法method1和method2都用synchronized修飾了,假如某一時刻,線程A執行到了method1,此時線程A獲取了這個對象的鎖,而由於method2也是synchronized方法,假如synchronized不具備可重入性,此時線程A需要重新申請鎖。但是這就會造成一個問題,因爲線程A已經持有了該對象的鎖,而又在申請獲取該對象的鎖,這樣就會線程A一直等待永遠不會獲取到的鎖。
而由於synchronized和Lock都具備可重入性,所以不會發生上述現象。
2.可中斷鎖
可中斷鎖:顧名思義,就是可以相應中斷的鎖。
在Java中,synchronized就不是可中斷鎖,而Lock是可中斷鎖。
如果某一線程A正在執行鎖中的代碼,另一線程B正在等待獲取該鎖,可能由於等待時間過長,線程B不想等待了,想先處理其他事情,我們可以讓它中斷自己或者在別的線程中中斷它,這種就是可中斷鎖。
在前面演示lockInterruptibly()的用法時已經體現了Lock的可中斷性。
3.公平鎖
公平鎖即儘量以請求鎖的順序來獲取鎖。比如同是有多個線程在等待一個鎖,當這個鎖被釋放時,等待時間最久的線程(最先請求的線程)會獲得該所,這種就是公平鎖。
非公平鎖即無法保證鎖的獲取是按照請求鎖的順序進行的。這樣就可能導致某個或者一些線程永遠獲取不到鎖。
在Java中,synchronized就是非公平鎖,它無法保證等待的線程獲取鎖的順序。
而對於ReentrantLock和ReentrantReadWriteLock,它默認情況下是非公平鎖,但是可以設置爲公平鎖。
看一下這2個類的源代碼就清楚了:
在ReentrantLock中定義了2個靜態內部類,一個是NotFairSync,一個是FairSync,分別用來實現非公平鎖和公平鎖。
我們可以在創建ReentrantLock對象時,通過以下方式來設置鎖的公平性:
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ReentrantLock
lock = new ReentrantLock( true ); |
如果參數爲true表示爲公平鎖,爲fasle爲非公平鎖。默認情況下,如果使用無參構造器,則是非公平鎖。
另外在ReentrantLock類中定義了很多方法,比如:
isFair() //判斷鎖是否是公平鎖
isLocked() //判斷鎖是否被任何線程獲取了
isHeldByCurrentThread() //判斷鎖是否被當前線程獲取了
hasQueuedThreads() //判斷是否有線程在等待該鎖
在ReentrantReadWriteLock中也有類似的方法,同樣也可以設置爲公平鎖和非公平鎖。不過要記住,ReentrantReadWriteLock並未實現Lock接口,它實現的是ReadWriteLock接口。
4.讀寫鎖
讀寫鎖將對一個資源(比如文件)的訪問分成了2個鎖,一個讀鎖和一個寫鎖。
正因爲有了讀寫鎖,才使得多個線程之間的讀操作不會發生衝突。
ReadWriteLock就是讀寫鎖,它是一個接口,ReentrantReadWriteLock實現了這個接口。
可以通過readLock()獲取讀鎖,通過writeLock()獲取寫鎖。
上面已經演示過了讀寫鎖的使用方法,在此不再贅述。