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突击并发编程JUC系列-ReentrantLock

锁是用来控制多个线程访问共享资源的方式，通过锁可以防止多个线程同时访问共享资源。在 Java1.5之前实现锁只能使用 synchronized关键字实现，但是synchronized隐式获取释放锁，在 1.5之后官方新增了 lock 接口也是用来实现锁的功能，，它具备与synchronized关键字类似的同步功能，显式的获取和释放锁。lock拥有了锁获取与释放的可操作性、可中断的获取锁以及超时获取锁等多种synchronized关键字所不具备的同步特性。

LOCK 方法说明

  • void lock():获取锁，调用该方法当前线程将会获取锁，当锁获得后，从该方法返回
  • void lockInterruptibly() throws InterruptedException:可中断地获取锁，和 lock方法地不同之处在于该方法会响应中断，即在锁的获取中可以中断当前线程
  • boolean tryLock(): 尝试非阻塞地获取锁，调用该方法后立刻返回，如果能够获取则返回 true 否则 返回false
  • boolean tryLock(long time, TimeUnit unit):超时地获取锁，当前线程在以下 3 种情况下会返回：
    • 当前线程在超时时间内获得了锁
    • 当前线程在超时时间被中断
    • 超时时间结束后，返回 false
  • void unlock(): 释放锁
  • Condition newCondition():获取锁等待通知组件，该组件和当前的锁绑定，当前线程只有获得了锁，才能调用该组件的 wait() 方法，而调用后，当前线程将释放锁。

ReentrantLock 简介

Lock 作为接口类为我们提供一组方法，只能通过的实现类进行 Lock 方法，今天我们就讲讲继承Lock接口一个可重入的独占锁 ReentrantLock 实现类，ReentrantLock通过自定义队列同步器（Abstract Queued Sychronized,AQS）来实现锁的获取与释放。它使用了一个 int 成员变量表示同步状态，通过内置的 FIFO 队列来完成资源获取线程的排队工作，并发包的作者（Doug Lea）期望它能够成为实现大部分同步需求的基础。

独占锁指该锁在同一时刻只能被一个线程获取，而获取锁的其他线程只能在同步队列中等待；可重入锁指该锁能够支持一个线程对同一个资源执行多次加锁操作。ReentrantLock支持公平锁和非公平锁的实现。公平指线程竞争锁的机制是公平的，而非公平指不同的线程获取锁的机制是不公平的。ReentrantLock不但提供了synchronized对锁的操作功能，还提供了诸如可响应中断锁、可轮询锁请求、定时锁等避免多线程死锁的方法。

ReentrantLock 方法说明

  • ReentrantLock() : 无参 ReentrantLock 使用的非公平锁。
  • ReentrantLock(boolean fair):ReentrantLock 可以初始化设置是公平锁锁，还是非公平锁。
  • getHoldCount()：查询当前线程在某个 Lock上的数量，如果当前线程成功获取了 Lock，那么该值大于等于 1；如果没有获取到 Lock 的线程调用该方法，则返回值为 0 。
  • isHeldByCurrentThread()：判断当前线程是否持有某个 Lock，由于 Lock 的排他性，因此在某个时刻只有一个线程调用该方法返回 true。
  • isLocked()：判断Lock是否已经被线程持有。
  • isFair()：创建的ReentrantLock是否为公平锁。
  • hasQueuedThreads()：在多个线程试图获取Lock的时候，只有一个线程能够正常获得，其他线程可能（如果使用 tryLock()方法失败则不会进入阻塞）会进入阻塞，该方法的作用就是查询是否有线程正在等待获取锁。
  • hasQueuedThread(Thread thread)：在等待获取锁的线程中是否包含某个指定的线程。
  • getQueueLength()：返回当前有多少个线程正在等待获取锁。

伪代码回顾

精彩片段 1 ：

class X {
    private final ReentrantLock lock = new ReentrantLock();


    public void m() {
        // 加锁
      lock.lock();
      try {
        // 业务执行
      } finally {
         // 释放锁
        lock.unlock()
      }
    }

}

精彩片段 2 ：

class X {
    private final ReentrantLock lock = new ReentrantLock();

    public void m() {
        //尝试获取锁
        if (lock.tryLock()) {
            try {
                //处理任务 .......
            } catch (Exception ex) {

            } finally {
                //释放锁
                lock.unlock();
            }
        } else {
            //else 表示没有获取锁 无需关闭
            // ..... 根据实际业务处理 （返回、处理其它逻辑）
        }
    }

}

lock.tryLock() : 阻塞式获取锁，如果能够获取则返回 true 否则 返回 false。无法获取也可以根据实际业务进行处理。

案例上手

synchronized 案例

public class LockExample1 {

    // 请求总数
    public static int requestTotal = 10000;

    // 并发计数
    public static int count = 0;

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        ExecutorService executorService = Executors.newCachedThreadPool();
        final CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(requestTotal);
        for (int i = 0; i < requestTotal; i++) {

            executorService.execute(() -> {
                try {
                    add();
                } catch (Exception e) {
                }
                countDownLatch.countDown();
            });
        }
        countDownLatch.await();
        executorService.shutdown();
        System.out.println("count = " + count);
    }

    private static synchronized void add() {
        count++;
    }
}
// 运行结果：count = 10000

给 add() 方法加上了 synchronized 锁，保证了该方法在并发下也是同步的。

lock() 方法的使用

public class LockExample2 {

    // 请求总数
    public static int requestTotal = 10000;

    // 并发计数
    public static int count = 0;

    private final static Lock lock = new ReentrantLock();

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        ExecutorService executorService = Executors.newCachedThreadPool();
        final CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(requestTotal);
        for (int i = 0; i < requestTotal; i++) {

            executorService.execute(() -> {
                try {
                    add();
                } catch (Exception e) {
                }
                countDownLatch.countDown();
            });
        }
        countDownLatch.await();
        executorService.shutdown();
        System.out.println("count = " + count);
    }


    private static  void add() {
        lock.lock();
        try {
            count++;
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }
}
// 运行结果：count = 10000

将需要同步的代码放在 lock 和 unlock 之间，使用 lock 一定要记得释放锁。

tryLock() 方法

private static void add() {
        if (lock.tryLock()) {
            try {
                count++;
            } finally {
                //当获取锁成功时最后一定要记住finally去关闭锁
                lock.unlock();   //释放锁
            }
        } else {
            //else时为未获取锁，则无需去关闭锁
            //如果不能获取锁，则直接做其他事情
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "没有获取锁");
        }
    }

通过 tryLock() 方法就发现在并发的情况下会有部分线程无法获取到锁。

tryLock(long timeout, TimeUnit unit) 可以设置超时时间

    private static void add() throws InterruptedException {
        if (lock.tryLock(1000, TimeUnit.MILLISECONDS)) {
            try {
                count++;
            } finally {
                //当获取锁成功时最后一定要记住finally去关闭锁
                lock.unlock();   //释放锁
            }
        } else {
            //else时为未获取锁，则无需去关闭锁
            //如果不能获取锁，则直接做其他事情
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "没有获取锁");
        }
    }

ReentrantLock 提供了公平和非公平锁的实现

  • 公平锁： ReentrantLock lock = new ReentrantLock（true） 。是指多个线程在等待同一个锁时，必须按照申请锁的时间顺序来依次获得锁。
  • 非公平锁： ReentrantLock lock = new ReentrantLock（false） 。如果构造函数不传递参数，则默认是非公平锁。

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