Java多线程并发之ReentrantLock怎么使用

寻技术 JAVA编程 2023年10月04日 108

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
    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。

    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
    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

    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();
    关闭

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