Java中Lock接口解析

快来打我* 2021-11-15 13:44 540阅读 0赞

本文非原创，为转载文章，原文链接：[https://www.jianshu.com/p/2344a3e68ca9][https_www.jianshu.com_p_2344a3e68ca9]

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### 一、Lock ###

> synchronized是Java语言的关键字，是内置特性，而ReentrantLock是一个类(实现Lock接口的类)，通过该类可以实现线程的同步。Lock是一个接口，源码很简单，主要是声明了四个方法：

public interface Lock { 
    	void lock();
    	void lockInterruptibly() throws InterruptedException;
    	boolean tryLock();
    	boolean tryLock(long var1, TimeUnit var3) throws InterruptedException;
    	void unlock();
    	Condition newCondition();
    }

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#### 1.Lock一般的使用如下： ####

Lock lock= ...;//获取锁
    lock.lock();
    try{ 
    	//处理任务
    }catch(Exception e){ 
    
    }finally{ 
    	lock.unlock();//释放锁
    }

`lock()`、`tryLock()`、`tryLock(long time, TimeUnit unit)`和`lockInterruptibly()`是用来获取锁的，`unLock()`方法是用来释放锁的，其放在finally块里执行，可以保证锁一定被释放，`newCondition`方法下面会做介绍（通过该方法可以生成一个Condition对象，而Condition是一个多线程间协调通信的工具类）。

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#### 2.Lock接口的主要方法介绍： ####

*  `lock()`：获取不到锁就不罢休，否则线程一直处于`block`状态。
 *  `tryLock()`：尝试性地获取锁，不管有没有获取到都马上返回，拿到锁就返回`true`，不然就返回`false` 。
 *  `tryLock(long time, TimeUnit unit)`：如果获取不到锁，就等待一段时间，超时返回false。
 *  `lockInterruptibly()`：该方法稍微难理解一些，在说该方法之前，先说说线程的中断机制，每个线程都有一个中断标志，不过这里要分两种情况说明：
    
    1.  线程在`sleep`、`wait`或者`join`， 这个时候如果有别的线程调用该线程的 `interrupt（）`方法，此线程会被唤醒并被要求处理`InterruptedException`。
    2.  如果线程处在运行状态， 则在调用该线程的`interrupt（）`方法时，不会响应该中断。  
        `lockInterruptibly()`和上面的第一种情况是一样的， 线程在获取锁被阻塞时，如果调用`lockInterruptibly()`方法，该线程会被唤醒并被要求处理`InterruptedException`。下面给出一个响应中断的简单例子：

public class Test{ 
    	public static void main(String[] args){ 
    		MyRunnable myRunnable = new Test().new MyRunnable();
    		Thread thread1 = new Thread(myRunnable,"thread1");
    		Thread thread2 = new Thread(myRunnable,"thread2");
    		thread1.start();
    		thread2.start();
    		thread2.interrupt();
    	}
    
    	public class MyRunnable implements Runnable{ 
    		private Lock lock=new ReentrantLock();
    		@Override
    		public synchronized void run() { 
    			try{ 
    				lock.lockInterruptibly();
    				System.out.println(Thread.currentThread().getName() +"获取了锁");
    				Thread.sleep(5000);
    			}catch(InterruptedException e) { 
    				e.printStackTrace();
    				System.out.println(Thread.currentThread().getName() +"响应中断");
    			}finally{ 
    				lock.unlock();
    				System.out.println(Thread.currentThread().getName() +"释放了锁");
    			}
    		}
    	}
    }

执行结果如下：

thread1获取了锁
    thread1释放了锁
    thread2响应中断

thread2在响应中断后，在`finally`块里执行`unlock`方法时，会抛出`java.lang.IllegalMonitorStateException`异常（因为thread2并没有获取到锁，只是在等待获取锁的时候响应了中断，这时再释放锁就会抛出异常）。

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#### 3.newCondition()方法 ####

上面简单介绍了ReentrantLock的使用，下面具体介绍使用ReentrantLock的中的newCondition方法实现一个生产者消费者的例子。  
生产者、消费者  
例子：两个线程A、B，A生产牙刷并将其放到一个缓冲队列中，B从缓冲队列中购买（消费）牙刷（说明：缓冲队列的大小是有限制的），这样就会出现如下两种情况。

1.  当缓冲队列已满时，A并不能再生产牙刷，只能等B从缓冲队列购买牙刷；
2.  当缓冲队列为空时，B不能再从缓冲队列中购买牙刷，只能等A生产牙刷放到缓冲队列后才能购买。

public class ToothBrushDemo { 
        public static void main(String[] args) { 
            final ToothBrushBusiness toothBrushBusiness =
                    new ToothBrushDemo().new ToothBrushBusiness();
            new Thread(new Runnable() { 
                @Override
                public void run() { 
                    executeRunnable(toothBrushBusiness, true);
                }
            }, "牙刷生产者1").start();
            new Thread(new Runnable() { 
                @Override
                public void run() { 
                    executeRunnable(toothBrushBusiness, false);
                }
            }, "牙刷消费者1").start();
        }
    
        //循环执行50次
        public static void executeRunnable(ToothBrushBusiness toothBrushBusiness,
                                           boolean isProducer) { 
            for (int i = 0; i < 50; i++) { 
                if (isProducer) { 
                    toothBrushBusiness.produceToothBrush();
                } else { 
                    toothBrushBusiness.consumeToothBrush();
                }
            }
        }
        
        public class ToothBrushBusiness { 
            //定义一个大小为10的牙刷缓冲队列
            private GoodQueue<ToothBrush> toothBrushQueue = new GoodQueue<ToothBrush>(new ToothBrush[10]);
            private int number = 1;
            private final ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
            private final Condition notEmpty = lock.newCondition();
            private final Condition notFull = lock.newCondition();
            public ToothBrushBusiness() { 
            }
            
            //生产牙刷
            public void produceToothBrush() { 
                lock.lock();
                try { 
                    //牙刷缓冲队列已满,则生产牙刷线程等待
                    while (toothBrushQueue.isFull()) { 
                        notFull.await();
                    }
                    ToothBrush toothBrush = new ToothBrush(number);
                    toothBrushQueue.enQueue(toothBrush);
                    System.out.println("生产: " + toothBrush.toString());
                    number++;
                    //牙刷缓冲队列加入牙刷后,唤醒消费牙刷线程
                    notEmpty.signal();
                } catch (InterruptedException e) { 
                    e.printStackTrace();
                } catch (GoodQueueException e) { 
                    e.printStackTrace();
                } finally { 
                    lock.unlock();
                }
            }
    
            //消费牙刷
            public void consumeToothBrush() { 
                lock.lock();
                try { 
                    //牙刷缓冲队列为空,则消费牙刷线程等待
                    while (toothBrushQueue.isEmpty()) { 
                        notEmpty.await();
                    }
                    ToothBrush toothBrush = toothBrushQueue.deQueue();
                    System.out.println("消费: " + toothBrush.toString());
                    //从牙刷缓冲队列取出牙刷后,唤醒生产牙刷线程
                    notFull.signal();
                } catch (InterruptedException e) { 
                    e.printStackTrace();
                } catch (GoodQueueException e) { 
                    e.printStackTrace();
                } finally { 
                    lock.unlock();
                }
            }
        }
    
        public class ToothBrush { 
            private int number;
            public ToothBrush(int number) { 
                this.number = number;
            }
            @Override
            public String toString() { 
                return "牙刷编号{" +
                        "number=" + number +
                        '}';
            }
        }
    }

这里缓冲队列的大小设成了10，定义了一个可重入锁lock，两个状态标记对象notEmpty，notFull，分别用来标记缓冲队列是否为空，是否已满。

1.  当缓冲队列已满时，调用notFull.await方法用来阻塞生产牙刷线程。
2.  当缓冲队列为空时，调用notEmpty.await方法用来阻塞购买牙刷线程。
3.  notEmpty.signal用来唤醒消费牙刷线程，notFull.signal用来唤醒生产牙刷线程。

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#### 4.Object和Conditon对应关系如下： ####

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th></th> 
   <th>Object</th> 
   <th>Condition</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>休眠</td> 
   <td>wait</td> 
   <td>await</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>唤醒特定线程</td> 
   <td>notify</td> 
   <td>signal</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>唤醒所有线程</td> 
   <td>notifyAll</td> 
   <td>signalAll</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

对于同一个锁，我们可以创建多个Condition，就是多个监视器的意思。在不同的情况下使用不同的Condition，Condition是被绑定到Lock上的，要创建一个Lock的Condition必须用newCondition()方法。

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### 二、ReadWriteLock ###

ReentrantLock（可重入锁）是唯一实现了Lock接口的类，并且ReentrantLock提供了更多的方法。

> synchronized和ReentrantLock都是可重入锁，可重入性举个简单的例子，当一个线程执行到某个synchronized方法时，比如说method1，而在method1中会调用另外一个synchronized方法method2，此时线程不必重新去申请锁，而是可以直接执行方法method2。

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#### ReentrantReadWriteLock简介 ####

上面的响应中断的例子已经地使用到了ReentrantLock，下面来介绍另外一种锁，可重入读写锁ReentrantReadWriteLock，该类实现了ReadWriteLock接口，该接口的源码如下：

public interface ReadWriteLock { 
    	Lock readLock();
    	Lock writeLock();
    }

> ReentrantReadWriteLock会使用两把锁来解决问题，一个读锁，一个写锁。

*  ##### 线程进入读锁的前提条件： #####
    
    1.  没有其他线程的写锁
    2.  没有写请求，或者有写请求但调用线程和持有锁的线程是同一个线程
 *  ##### 进入写锁的前提条件： #####
    
    1.  没有其他线程的读锁
    2.  没有其他线程的写锁
 *  ##### 需要提前了解的概念： #####
    
     *  锁降级：从写锁变成读锁；
     *  锁升级：从读锁变成写锁。

> 读锁是可以被多线程共享的，写锁是单线程独占的。也就是说写锁的并发限制比读锁高，这可能就是升级/降级名称的来源。

ReadWriteLock接口只有获取读锁和写锁的方法，而ReentrantReadWriteLock是实现了ReadWriteLock接口，接着对其应用场景做简单介绍。

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#### 应用场景： ####

假设一个共享的文件，其属性是可读，如果某个时间有100个线程在同时读取该文件，如果通过synchronized或者Lock来实现线程的同步访问，那么有个问题来了，当这100个线程的某个线程获取到了锁后，其它的线程都要等该线程释放了锁才能进行读操作，这样就会造成系统资源和时间极大的浪费，而ReentrantReadWriteLock正好解决了这个问题。下面给一个简单的例子，并根据代码以及输出结果做简要说明：

public class Test { 
        public static void main(String[] args) { 
            MyRunnable myRunnable = newTest().new MyRunnable();
            Thread thread1 = new Thread(myRunnable, "thread1");
            Thread thread2 = new Thread(myRunnable, "thread2");
            Thread thread3 = new Thread(myRunnable, "thread3");
            thread1.start();
            thread2.start();
            thread3.start();
        }
    
        public class MyRunnable implements Runnable { 
            private ReadLock lock = new ReentrantReadWriteLock().readLock();
    
            @Override
            public synchronized void run() { 
                try { 
                    lock.lock();
                    int i = 0;
                    while (i < 5) { 
                        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在进行读操作");
                        i++;
                    }
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "读操作完毕");
                } finally { 
                    lock.unlock();
                }
            }
        }
    }

输出结果：

thread1正在进行读操作
    thread1正在进行读操作
    thread1正在进行读操作
    thread1正在进行读操作
    thread1正在进行读操作
    thread1读操作完毕
    thread3正在进行读操作
    thread3正在进行读操作
    thread3正在进行读操作
    thread3正在进行读操作
    thread3正在进行读操作
    thread3读操作完毕
    thread2正在进行读操作
    thread2正在进行读操作
    thread2正在进行读操作
    thread2正在进行读操作
    thread2正在进行读操作
    thread2读操作完毕

从输出结果可以看出，三个线程并没有交替输出，这是因为这里只是读取了5次，但将读取次数i的值改成一个较大的数值如100000时，输出结果就会交替的出现。

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> 看了好多人的博文，在我看来，这个Lock的用处就是可以细化加锁和解锁的操作，使锁操作更加直观，可控

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