本篇内容主要讲解“Java多线程并发之ReentrantLock怎么使用”,感兴趣的朋友不妨来看看。本文介绍的方法操作简单快捷,实用性强。下面就让小编来带大家学习“Java多线程并发之ReentrantLock怎么使用”吧!
ReentrantLock
公平锁和非公平锁
这个类是接口
Lock的实现类,也是悲观锁的一种,但是它提供了
lock和
unlock方法用于主动进行锁的加和拆。在之前使用的
sychronized关键字是隐式加锁机制,而它是显示加锁,同时,这个类的构造方法提供了公平和非公平的两种机制。
什么是公平和非公平呢?就是多线程对共享资源进行争夺的时候,会出现一个线程或几个线程完全占有共享资源,使得某些线程在长时间处于等待状态。公平就是要等待时间过长的线程先获得锁。
而在
ReentrantLock类中,提供了公平锁和非公平锁的使用。
在
ReentrantLock源码中,构造器提供了一个参数入口,
public ReentrantLock(boolean fair) { sync = fair ? new FairSync() : new NonfairSync(); }
当fair为true的时候,会创造一个
FairSync对象给
sync属性,
FairSync是继承自
Sync的类,其中有一个
Lock方法,而在
ReentrantLock的Lcok中使用的是
sync属性的
Lock方法,故能够保证“公平”。
使用非公平锁就不需要在构造器中传参数。
在使用的时候,需要手动上锁和解锁。
使用公平锁,会将占优势的线程进行限制,恢复挂起的线程,但是这个过程在CPU层面来讲,是存在明显时间差异的,非公平锁的执行效率相对更高,所以一般来说不建议使用公平锁,除非现实业务上需要符合实际需求。
重入锁
ReentrantLock本身还支持重入的功能。
重入锁(Reentrant Lock)是一种支持重入的独占锁,它允许线程多次获取同一个锁,在释放锁之前必须相应地多次释放锁。重入锁通常由两个操作组成:上锁(lock)和解锁(unlock)。当一个线程获取了重入锁后,可以再次获取该锁而不被阻塞,同时必须通过相同数量的解锁操作来释放锁。
重入锁具有如下特点:
重入性:重入锁允许同一个线程多次获取同一把锁,避免了死锁的发生。
独占性:与公平锁和非公平锁一样,重入锁也是一种独占锁,同一时刻只能有一个线程持有该锁。
可中断性:重入锁支持在等待锁的过程中中断该线程的执行。
条件变量:在使用 java.util.concurrent.locks.Condition 类配合重入锁实现等待/通知机制时,等待状态总是与重入锁相关联的。
重入锁相对于 synchronized 关键字的优势在于,重入锁具有更高的灵活性和扩展性,支持公平锁和非公平锁、可中断锁和可轮询锁等特性,能够更好地满足多线程环境下的并发控制需要。
synchroized也有重入性。
ReentrantLock lock = new ReentrantLock(true); public void get(){ while(true){ try{ lock.lock(); lock.lock(); }catch(Exception exception){ }finally{ lock.unlock(); lock.unlock(); } } }
可重入的前提
lock是同一个对象,而关键字
synchroized的
Monitor也是同一个对象充当,才能判定为重入。
public void get(){ while(true){ synchronized(this){ System.out.println("外层"); synchronized(this){ System.out.println("内层"); } } } }
那么Java是怎么检测锁的重入和获取锁的次数的呢?在之前说过的
ObjectMobitor的C++源代码中有
_recursions和_count来记录锁的重入次数和线程获取锁的次数。这样在Java层面就表示一个锁对象都拥有一个锁计数器
_count和一个指向持有这个锁的线程的指针
_owner,只有当前持有锁的线程才能使得计数器+1,其他线程只有等待锁被释放(计数器置0)才能持有并+1。
在源码中,非公平锁的
lock方法如下:
//ReentrantLock类中: final void lock() { if (compareAndSetState(0, 1)) setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread()); else acquire(1); } //0的参数为是expect,是期望值,而1是update,是更新值
在执行
comparaAndSetState方法的时候,它会询问锁的计数器(在底层执行
compareAndSwapInt的本地方法),并期望数值为0,如果为0返回
true,然后设置执行线程主是当前线程。如果非0,那么他就会执行
acquire:
//AbstractQueuedSynchronizer类中: public final void acquire(int arg) { if (!tryAcquire(arg) && acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg)) selfInterrupt(); } //这里的tryAcquire,需要在其继承的子类中进一步实现对应的功能 //子类可以根据自己的需要重新定义tryAcquire(int arg)的实现方式,从而实现更优秀的锁控制方案: //而在其子类FairSync中便覆盖了这个方法 protected boolean tryAcquire(int arg) { throw new UnsupportedOperationException(); }
将线程放入等待队列。
同时计数器是通过
unlock来-1,所以
lock和unlock次数不匹配就会产生死锁,也就是当两个线程调用同一个
ReentrantLock如果一个线程中的上锁解锁次数不相等,那么计数器没有被清零,当另一个线程请求锁的时候,看到锁计数器不是0,就认为被的线程仍然持有它,所以一直等待它被释放。需要了解底层的可以去看AQS中的
release方法。
而在
ReentrantLock中有一个抽象内部类
Sync,它继承自抽象类
AbstractQueuedSynchronizer(简称AQS),这个类中有一个内部
Node类,当有线程等待这把锁的时候,会创建一个等待队列,放置这些处于等待的线程。(AQS实现比较复杂,有兴趣可以看看“竹子爱熊猫”大佬的文章。)
小结
在
ReentrantLock类中,有内部类三个,
Sync,FairSync,NonfairSync,他们的关系是
Sync是后两个的父类,后两个是兄弟类,同时
Sync继承自AQS类,在AQS中有很多实现公平和非公平、可重入的机制,而具体实现效果的是
Sync,FairSync,NonfairSync。
疑惑
在下列代码中,为什么在第一个线程的最后加上
.join(),没有使得线程阻塞,而没有它就会阻塞?
Lock lock = new ReentrantLock(); new CompletableFuture().runAsync(() -> { lock.lock(); try{ System.out.println(1); TimeUnit.SECONDS.sleep(2); }catch(Exception e){ }finally{ }}); //上面加上.join() new CompletableFuture().runAsync(() -> { lock.lock(); try{ System.out.println(2); }catch(Exception e){ }finally{ lock.unlock(); }}).join();