Java concurrency之互斥锁_动力节点Java学院整理

ReentrantLock介绍

ReentrantLock是一个可重入的互斥锁，又被称为“独占锁”。

顾名思义，ReentrantLock锁在同一个时间点只能被一个线程锁持有；而可重入的意思是，ReentrantLock锁，可以被单个线程多次获取。

ReentrantLock分为“公平锁”和“非公平锁”。它们的区别体现在获取锁的机制上是否公平。“锁”是为了保护竞争资源，防止多个线程同时操作线程而出错，ReentrantLock在同一个时间点只能被一个线程获取(当某线程获取到“锁”时，其它线程就必须等待)；ReentraantLock是通过一个FIFO的等待队列来管理获取该锁所有线程的。在“公平锁”的机制下，线程依次排队获取锁；而“非公平锁”在锁是可获取状态时，不管自己是不是在队列的开头都会获取锁。 

ReentrantLock函数列表

// 创建一个 ReentrantLock ，默认是“非公平锁”。
ReentrantLock()
// 创建策略是fair的 ReentrantLock。fair为true表示是公平锁，fair为false表示是非公平锁。
ReentrantLock(boolean fair)
// 查询当前线程保持此锁的次数。
int getHoldCount()
// 返回目前拥有此锁的线程，如果此锁不被任何线程拥有，则返回 null。
protected Thread getOwner()
// 返回一个 collection，它包含可能正等待获取此锁的线程。
protected Collection<Thread> getQueuedThreads()
// 返回正等待获取此锁的线程估计数。
int getQueueLength()
// 返回一个 collection，它包含可能正在等待与此锁相关给定条件的那些线程。
protected Collection<Thread> getWaitingThreads(Condition condition)
// 返回等待与此锁相关的给定条件的线程估计数。
int getWaitQueueLength(Condition condition)
// 查询给定线程是否正在等待获取此锁。
boolean hasQueuedThread(Thread thread)
// 查询是否有些线程正在等待获取此锁。
boolean hasQueuedThreads()
// 查询是否有些线程正在等待与此锁有关的给定条件。
boolean hasWaiters(Condition condition)
// 如果是“公平锁”返回true，否则返回false。
boolean isFair()
// 查询当前线程是否保持此锁。
boolean isHeldByCurrentThread()
// 查询此锁是否由任意线程保持。
boolean isLocked()
// 获取锁。
void lock()
// 如果当前线程未被中断，则获取锁。
void lockInterruptibly()
// 返回用来与此 Lock 实例一起使用的 Condition 实例。
Condition newCondition()
// 仅在调用时锁未被另一个线程保持的情况下，才获取该锁。
boolean tryLock()
// 如果锁在给定等待时间内没有被另一个线程保持，且当前线程未被中断，则获取该锁。
boolean tryLock(long timeout, TimeUnit unit)
// 试图释放此锁。
void unlock()

ReentrantLock示例

通过对比“示例1”和“示例2”,我们能够清晰的认识lock和unlock的作用

示例1

 import java.util.concurrent.locks.Lock;
 import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
 // LockTest.java
 // 仓库
 class Depot { 
   private int size;    // 仓库的实际数量
   private Lock lock;    // 独占锁
   public Depot() {
     this.size = 0;
     this.lock = new ReentrantLock();
   }
   public void produce(int val) {
     lock.lock();
     try {
       size += val;
       System.out.printf("%s produce(%d) --> size=%d\n", 
           Thread.currentThread().getName(), val, size);
     } finally {
       lock.unlock();
     }
   }
   public void consume(int val) {
     lock.lock();
     try {
       size -= val;
       System.out.printf("%s consume(%d) <-- size=%d\n", 
           Thread.currentThread().getName(), val, size);
     } finally {
       lock.unlock();
     }
   }
 }; 
 // 生产者
 class Producer {
   private Depot depot;
   public Producer(Depot depot) {
     this.depot = depot;
   }
   // 消费产品：新建一个线程向仓库中生产产品。
   public void produce(final int val) {
     new Thread() {
       public void run() {
         depot.produce(val);
       }
     }.start();
   }
 }
 // 消费者
 class Customer {
   private Depot depot;
   public Customer(Depot depot) {
     this.depot = depot;
   }
   // 消费产品：新建一个线程从仓库中消费产品。
   public void consume(final int val) {
     new Thread() {
       public void run() {
         depot.consume(val);
       }
     }.start();
   }
 }
 public class LockTest1 { 
   public static void main(String[] args) { 
     Depot mDepot = new Depot();
     Producer mPro = new Producer(mDepot);
     Customer mCus = new Customer(mDepot);
     mPro.produce(60);
     mPro.produce(120);
     mCus.consume(90);
     mCus.consume(150);
     mPro.produce(110);
   }
 }

运行结果：

Thread-0 produce(60) --> size=60
Thread-1 produce(120) --> size=180
Thread-3 consume(150) <-- size=30
Thread-2 consume(90) <-- size=-60
Thread-4 produce(110) --> size=50

结果分析：

(01) Depot 是个仓库。通过produce()能往仓库中生产货物，通过consume()能消费仓库中的货物。通过独占锁lock实现对仓库的互斥访问：在操作(生产/消费)仓库中货品前，会先通过lock()锁住仓库，操作完之后再通过unlock()解锁。

(02) Producer是生产者类。调用Producer中的produce()函数可以新建一个线程往仓库中生产产品。

(03) Customer是消费者类。调用Customer中的consume()函数可以新建一个线程消费仓库中的产品。

(04) 在主线程main中，我们会新建1个生产者mPro，同时新建1个消费者mCus。它们分别向仓库中生产/消费产品。

根据main中的生产/消费数量，仓库最终剩余的产品应该是50。运行结果是符合我们预期的！
这个模型存在两个问题：

(01) 现实中，仓库的容量不可能为负数。但是，此模型中的仓库容量可以为负数，这与现实相矛盾！

(02) 现实中，仓库的容量是有限制的。但是，此模型中的容量确实没有限制的！

这两个问题，我们稍微会讲到如何解决。现在，先看个简单的示例2；通过对比“示例1”和“示例2”,我们能更清晰的认识lock(),unlock()的用途。 

示例2

 import java.util.concurrent.locks.Lock;
 import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
 // LockTest.java
 // 仓库
 class Depot { 
   private int size;    // 仓库的实际数量
   private Lock lock;    // 独占锁
   public Depot() {
     this.size = 0;
     this.lock = new ReentrantLock();
   }
   public void produce(int val) {
 //    lock.lock();
 //    try {
       size += val;
       System.out.printf("%s produce(%d) --> size=%d\n", 
           Thread.currentThread().getName(), val, size);
 //    } catch (InterruptedException e) {
 //    } finally {
 //      lock.unlock();
 //    }
   }
   public void consume(int val) {
 //    lock.lock();
 //    try {
       size -= val;
       System.out.printf("%s consume(%d) <-- size=%d\n", 
           Thread.currentThread().getName(), val, size);
 //    } finally {
 //      lock.unlock();
 //    }
   }
 }; 
 // 生产者
 class Producer {
   private Depot depot;
   public Producer(Depot depot) {
     this.depot = depot;
   }
   // 消费产品：新建一个线程向仓库中生产产品。
   public void produce(final int val) {
     new Thread() {
       public void run() {
         depot.produce(val);
       }
     }.start();
   }
 }
 // 消费者
 class Customer {
   private Depot depot;
   public Customer(Depot depot) {
     this.depot = depot;
   }
   // 消费产品：新建一个线程从仓库中消费产品。
   public void consume(final int val) {
     new Thread() {
       public void run() {
         depot.consume(val);
       }
     }.start();
   }
 }
 public class LockTest2 { 
   public static void main(String[] args) { 
     Depot mDepot = new Depot();
     Producer mPro = new Producer(mDepot);
     Customer mCus = new Customer(mDepot);
     mPro.produce(60);
     mPro.produce(120);
     mCus.consume(90);
     mCus.consume(150);
     mPro.produce(110);
   }
 }

(某一次)运行结果：

Thread-0 produce(60) --> size=-60
Thread-4 produce(110) --> size=50
Thread-2 consume(90) <-- size=-60
Thread-1 produce(120) --> size=-60
Thread-3 consume(150) <-- size=-60

结果说明：

“示例2”在“示例1”的基础上去掉了lock锁。在“示例2”中，仓库中最终剩余的产品是-60，而不是我们期望的50。原因是我们没有实现对仓库的互斥访问。

示例3

在“示例3”中，我们通过Condition去解决“示例1”中的两个问题：“仓库的容量不可能为负数”以及“仓库的容量是有限制的”。

解决该问题是通过Condition。Condition是需要和Lock联合使用的：通过Condition中的await()方法，能让线程阻塞[类似于wait()]；通过Condition的signal()方法，能让唤醒线程[类似于notify()]。

 import java.util.concurrent.locks.Lock;
  import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
  import java.util.concurrent.locks.Condition;
  // LockTest.java
  // 仓库
  class Depot {
    private int capacity;  // 仓库的容量
    private int size;    // 仓库的实际数量
   private Lock lock;    // 独占锁
   private Condition fullCondtion;      // 生产条件
   private Condition emptyCondtion;    // 消费条件
   public Depot(int capacity) {
     this.capacity = capacity;
     this.size = ;
     this.lock = new ReentrantLock();
     this.fullCondtion = lock.newCondition();
     this.emptyCondtion = lock.newCondition();
   }
   public void produce(int val) {
     lock.lock();
     try {
        // left 表示“想要生产的数量”(有可能生产量太多，需多此生产)
       int left = val;
       while (left > ) {
         // 库存已满时，等待“消费者”消费产品。
         while (size >= capacity)
           fullCondtion.await();
         // 获取“实际生产的数量”(即库存中新增的数量)
         // 如果“库存”+“想要生产的数量”>“总的容量”，则“实际增量”=“总的容量”-“当前容量”。(此时填满仓库)
         // 否则“实际增量”=“想要生产的数量”
         int inc = (size+left)>capacity ? (capacity-size) : left;
         size += inc;
         left -= inc;
         System.out.printf("%s produce(%d) --> left=%d, inc=%d, size=%d\n", 
             Thread.currentThread().getName(), val, left, inc, size);
         // 通知“消费者”可以消费了。
         emptyCondtion.signal();
       }
     } catch (InterruptedException e) {
     } finally {
       lock.unlock();
     }
   }
   public void consume(int val) {
     lock.lock();
     try {
       // left 表示“客户要消费数量”(有可能消费量太大，库存不够，需多此消费)
       int left = val;
       while (left > ) {
         // 库存为时，等待“生产者”生产产品。
         while (size <= )
           emptyCondtion.await();
         // 获取“实际消费的数量”(即库存中实际减少的数量)
         // 如果“库存”<“客户要消费的数量”，则“实际消费量”=“库存”；
         // 否则，“实际消费量”=“客户要消费的数量”。
         int dec = (size<left) ? size : left;
         size -= dec;
         left -= dec;
         System.out.printf("%s consume(%d) <-- left=%d, dec=%d, size=%d\n", 
             Thread.currentThread().getName(), val, left, dec, size);
         fullCondtion.signal();
       }
     } catch (InterruptedException e) {
     } finally {
       lock.unlock();
     }
   }
   public String toString() {
     return "capacity:"+capacity+", actual size:"+size;
   }
 }; 
 // 生产者
 class Producer {
   private Depot depot;
   public Producer(Depot depot) {
     this.depot = depot;
   }
   // 消费产品：新建一个线程向仓库中生产产品。
   public void produce(final int val) {
     new Thread() {
       public void run() {
         depot.produce(val);
       }
     }.start();
   }
 }
 // 消费者
 class Customer {
   private Depot depot;
   public Customer(Depot depot) {
     this.depot = depot;
   }
   // 消费产品：新建一个线程从仓库中消费产品。
   public void consume(final int val) {
     new Thread() {
       public void run() {
         depot.consume(val);
       }
     }.start();
   }
 }
 public class LockTest3 { 
   public static void main(String[] args) { 
     Depot mDepot = new Depot(100);
     Producer mPro = new Producer(mDepot);
     Customer mCus = new Customer(mDepot);
     mPro.produce(60);
     mPro.produce(120);
     mCus.consume(90);
     mCus.consume(150);
     mPro.produce(110);
   }
 }

(某一次)运行结果：

Thread-0 produce( 60) --> left= 0, inc= 60, size= 60
Thread-1 produce(120) --> left= 80, inc= 40, size=100
Thread-2 consume( 90) <-- left= 0, dec= 90, size= 10
Thread-3 consume(150) <-- left=140, dec= 10, size= 0
Thread-4 produce(110) --> left= 10, inc=100, size=100
Thread-3 consume(150) <-- left= 40, dec=100, size= 0
Thread-4 produce(110) --> left= 0, inc= 10, size= 10
Thread-3 consume(150) <-- left= 30, dec= 10, size= 0
Thread-1 produce(120) --> left= 0, inc= 80, size= 80
Thread-3 consume(150) <-- left= 0, dec= 30, size= 50

以上所述是小编给大家介绍的Java concurrency之互斥锁，希望对大家有所帮助，如果大家有任何疑问请给我留言，小编会及时回复大家的。在此也非常感谢大家对网站的支持！

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