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java线程的同步控制--重入锁ReentrantLock

程序员顺仔和他的朋友们 2021-09-02
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    我们常用的synchronized关键字是一种最简单的线程同步控制方法,它决定了一个线程是否可以访问临界区资源。同时Object.wait() 和Object.notify()方法起到了线程等待和通知的作用。这些工具对于实现复杂的多线程协作起到了重要的作用。


    这里,我们介绍一种synchronized,Object.wait() 和Object.notify()方法的替代品--重入锁。首先看下重入锁的例子:


    public ReentrantLock lock = new ReentrantLock();//声明一把重入锁

     ......

     lock.lock();//开始加锁

     doSomething();//需要同步的代码块

     lock.unlock();//释放锁


     从上述代码可以看出,与synchronized相比,重入锁有着显式的操作过程,开发人员需要手动加锁,释放锁。因此,重入锁对逻辑控制的灵活性要远远高于synchronized,但是,在退出临界区时,必须记得释放锁,否则其它线程再也无法访问临界区资源了。


     之所以叫重入锁,是因为这种锁是可以反复进入的(当然仅仅局限于同一个线程),例如下面的形式也是可以的:


     lock.lock();//开始加锁

     lock.lock();

     doSomething();//需要同步的代码块

     lock.unlock();//释放锁

     lock.unlock();


    一个线程连续多次获得同一把锁,是允许的,否则的话,同一个线程在第二次获得锁时,会和自己产生死锁。但是需要注意的是,如果同一个线程多次获得锁,释放锁的时候必须释放相同次数的锁。如果释放少了,其它线程无法进入临界区,如果释放多了,则会抛出IllegalMonitorStateException异常。


    除了使用上的灵活性外,重入锁还提供了一些高级功能,如中断响应、限时等待、公平锁等功能。


    中断响应:


    对于synchronized,如果一个线程在等待锁,结果要么它获得这把锁执行其任务,要么就一直等待锁。而使用重入锁,就有了另一种选择,那就是线程可以被中断,即线程在等待锁的过程中,程序可以根据需求取消对锁的请求。中断正是提供了这种机制,使程序在等待锁时,依然能够收到通知,被告知无需继续等待,这种情况对于处理死锁是有很大帮助的。

    下面模拟一段死锁,并通过中断解决这个死锁:


     //声明两把重入锁

    public ReentrantLock lock1 = new ReentrantLock();

    public ReentrantLock lock2 = new ReentrantLock();

    class MyThread implements Runnable(){

          private int lock;

          public MyThread (int lock){

              this.lock = lock;

          }

          @Override

          public void run(){

              if(lock == 1){

                   lock1.lockInterruptibly();//申请锁1,如果要使用中断功能,需使用lockInterruptibly()申请锁

                   Thread.sleep(5000);

                    lock2.lockInterruptibly();//申请锁2

              }else{

                    lock2.lockInterruptibly();//申请锁2

                   Thread.sleep(5000);

                    lock1.lockInterruptibly();//申请锁1

              }

              

              lock1.unlock();//释放锁

              lock2.unlock();

          }

     }

     public static void main(String[] s){

          //t1先请求锁1,再请求锁2

          //t2先请求锁2,再请求锁1

          //这样两个线程就会互相等待对方,造成死锁

          Thread t1 = new Thread(new MyThread(1));

          Thread t2 = new Thread(new MyThread(2));

          t1.start();

          t2.start();

          //上面两个线程已经形成死锁

          Thread.sleep(1000);

          t2.interrupt();//中断T2,放弃对锁的请求,并释放持有的锁

    }


    限时等待:


    除了等待外部通知外,要避免死锁还有一种方法,那就是限时等待。给定一个等待时间,如果在这个超出这个时间,线程还没获得锁,则放弃等待。我们可以使用tryLock()方法进行一次限时等待,如lock.tryLock(5,TimeUnit.SECONDS)表示设置5秒的等待时长,如果超过5s还未得到锁,则返回false。


    if(lock.tryLock(5,TimeUnit.SECONDS)){

          doSomething();

    }else{

          System.out.println("没有获得锁,你滚吧。");

    }


    tryLock()方法也可以不带参数运行,这种情况下,线程会请求锁,如果请求不到,立即返回false,无需等待,也不会产生死锁。


    公平锁:


     大多数情况下,锁的申请是非公平的,即先等待的线程不一定先获得锁,对排队等待锁的线程来说是不公平的。而公平的锁,就会按照先来后到的顺序分配锁。公平锁的一大特点就是,它不会产生饥饿现象。只要你排队,最终还是可以等到资源的。

    如果我们使用synchronized关键字,那么产生的锁就是非公平的,而重入锁允许我们对其公平性进行设置,它提供了一个构造函数:

    public ReentrantLock(boolean fair)

    当fair为true时,表示锁是公平的。虽然公平锁很优美,但是要实现公平锁必然要维护一个有序队列,因此公平锁的实现成本较高,性能相对也比较低下,因此,默认情况下,锁是非公平的。



    总结:

    ReentrantLock有几个重要的方法:

    1. lock():获得锁,如果锁被占用,则等待

    2. lockInterruptibly():获得锁,但优先响应中断

    3. tryLock():尝试获得锁,并制定等待时间,超时返回false

    4. unlock():释放锁




    参考资料:

    《java高并发程序设计》


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