Java多線程基礎——Lock類
之前已經(jīng)說道，JVM提供了synchronized關鍵字來實現(xiàn)對變量的同步訪問以及用wait和notify來實現(xiàn)線程間通信。在jdk1.5以后，JAVA提供了Lock類來實現(xiàn)和synchronized一樣的功能，并且還提供了Condition來顯示線程間通信。
Lock類是Java類來提供的功能，豐富的api使得Lock類的同步功能比synchronized的同步更強大。本文章的所有代碼均在Lock類例子的代碼
本文主要介紹一下內(nèi)容：
- Lock類
- Lock類其他功能
- Condition類
- Condition類其他功能
- 讀寫鎖
Lock類
Lock類實際上是一個接口，我們在實例化的時候實際上是實例化實現(xiàn)了該接口的類Lock lock = new ReentrantLock();。用synchronized的時候，synchronized可以修飾方法，或者對一段代碼塊進行同步處理。
前面講過，針對需要同步處理的代碼設置對象監(jiān)視器，比整個方法用synchronized修飾要好。Lock類的用法也是這樣，通過Lock對象lock，用lock.lock來加鎖，用lock.unlock來釋放鎖。在兩者中間放置需要同步處理的代碼。
具體的例子如下：
public class MyConditionService {
private Lock lock = new ReentrantLock();
public void testMethod(){
lock.lock();
for (int i = 0 ;i < 5;i++){
System.out.println("ThreadName = " + Thread.currentThread().getName() + (" " + (i + 1)));
}
lock.unlock();
}
}
測試的代碼如下：
MyConditionService service = new MyConditionService(); new Thread(service::testMethod).start(); new Thread(service::testMethod).start(); new Thread(service::testMethod).start(); new Thread(service::testMethod).start(); new Thread(service::testMethod).start(); Thread.sleep(1000 * 5);
結果太長就不放出來，具體可以看我源碼。總之，就是每個線程的打印1-5都是同步進行，順序沒有亂。
通過下面的例子，可以看出Lock對象加鎖的時候也是一個對象鎖，持續(xù)對象監(jiān)視器的線程才能執(zhí)行同步代碼，其他線程只能等待該線程釋放對象監(jiān)視器。
public class MyConditionMoreService {
private Lock lock = new ReentrantLock();
public void methodA(){
try{
lock.lock();
System.out.println("methodA begin ThreadName=" + Thread.currentThread().getName() +
" time=" + System.currentTimeMillis());
Thread.sleep(1000 * 5);
System.out.println("methodA end ThreadName=" + Thread.currentThread().getName() +
" time=" + System.currentTimeMillis());
}catch (Exception e){
e.printStackTrace();
}finally {
lock.unlock();
}
}
public void methodB(){
try{
lock.lock();
System.out.println("methodB begin ThreadName=" + Thread.currentThread().getName() +
" time=" + System.currentTimeMillis());
Thread.sleep(1000 * 5);
System.out.println("methodB end ThreadName=" + Thread.currentThread().getName() +
" time=" + System.currentTimeMillis());
}catch (Exception e){
e.printStackTrace();
}finally {
lock.unlock();
}
}
}
測試代碼如下：
public void testMethod() throws Exception {
MyConditionMoreService service = new MyConditionMoreService();
ThreadA a = new ThreadA(service);
a.setName("A");
a.start();
ThreadA aa = new ThreadA(service);
aa.setName("AA");
aa.start();
ThreadB b = new ThreadB(service);
b.setName("B");
b.start();
ThreadB bb = new ThreadB(service);
bb.setName("BB");
bb.start();
Thread.sleep(1000 * 30);
}
public class ThreadA extends Thread{
private MyConditionMoreService service;
public ThreadA(MyConditionMoreService service){
this.service = service;
}
@Override
public void run() {
service.methodA();
}
}
public class ThreadB extends Thread{
private MyConditionMoreService service;
public ThreadB(MyConditionMoreService service){
this.service = service;
}
@Override
public void run() {
super.run();
service.methodB();
}
}
結果如下：
methodA begin ThreadName=A time=1485590913520 methodA end ThreadName=A time=1485590918522 methodA begin ThreadName=AA time=1485590918522 methodA end ThreadName=AA time=1485590923525 methodB begin ThreadName=B time=1485590923525 methodB end ThreadName=B time=1485590928528 methodB begin ThreadName=BB time=1485590928529 methodB end ThreadName=BB time=1485590933533
可以看出Lock類加鎖確實是對象鎖。針對同一個lock對象執(zhí)行的lock.lock是獲得對象監(jiān)視器的線程才能執(zhí)行同步代碼 其他線程都要等待。
在這個例子中，加鎖，和釋放鎖都是在try-finally。這樣的好處是在任何異常發(fā)生的情況下，都能保障鎖的釋放。
Lock類其他的功能
如果Lock類只有l(wèi)ock和unlock方法也太簡單了，Lock類提供了豐富的加鎖的方法和對加鎖的情況判斷。主要有
- 實現(xiàn)鎖的公平
- 獲取當前線程調(diào)用lock的次數(shù)，也就是獲取當前線程鎖定的個數(shù)
- 獲取等待鎖的線程數(shù)
- 查詢指定的線程是否等待獲取此鎖定
- 查詢是否有線程等待獲取此鎖定
- 查詢當前線程是否持有鎖定
- 判斷一個鎖是不是被線程持有
- 加鎖時如果中斷則不加鎖，進入異常處理
- 嘗試加鎖，如果該鎖未被其他線程持有的情況下成功
實現(xiàn)公平鎖
在實例化鎖對象的時候，構造方法有2個，一個是無參構造方法，一個是傳入一個boolean變量的構造方法。當傳入值為true的時候，該鎖為公平鎖。默認不傳參數(shù)是非公平鎖。
公平鎖：按照線程加鎖的順序來獲取鎖
非公平鎖：隨機競爭來得到鎖
此外，JAVA還提供isFair()來判斷一個鎖是不是公平鎖。
獲取當前線程鎖定的個數(shù)
Java提供了getHoldCount()方法來獲取當前線程的鎖定個數(shù)。所謂鎖定個數(shù)就是當前線程調(diào)用lock方法的次數(shù)。一般一個方法只會調(diào)用一個lock方法，但是有可能在同步代碼中還有調(diào)用了別的方法，那個方法內(nèi)部有同步代碼。這樣，getHoldCount()返回值就是大于1。
下面的方法用來判斷等待鎖的情況
獲取等待鎖的線程數(shù)
Java提供了getQueueLength()方法來得到等待鎖釋放的線程的個數(shù)。
查詢指定的線程是否等待獲取此鎖定
Java提供了hasQueuedThread(Thread thread)查詢該Thread是否等待該lock對象的釋放。
查詢是否有線程等待獲取此鎖定
同樣，Java提供了一個簡單判斷是否有線程在等待鎖釋放即hasQueuedThreads()。
下面的方法用來判斷持有鎖的情況
查詢當前線程是否持有鎖定
Java不僅提供了判斷是否有線程在等待鎖釋放的方法，還提供了是否當前線程持有鎖即isHeldByCurrentThread()，判斷當前線程是否有此鎖定。
判斷一個鎖是不是被線程持有
同樣，Java提供了簡單判斷一個鎖是不是被一個線程持有，即isLocked()
下面的方法用來實現(xiàn)多種方式加鎖
加鎖時如果中斷則不加鎖，進入異常處理
Lock類提供了多種選擇的加鎖方法，lockInterruptibly()也可以實現(xiàn)加鎖，但是當線程被中斷的時候，就會加鎖失敗，進行異常處理階段。一般這種情況出現(xiàn)在該線程已經(jīng)被打上interrupted的標記了。
嘗試加鎖，如果該鎖未被其他線程持有的情況下成功
Java提供了tryLock()方法來進行嘗試加鎖，只有該鎖未被其他線程持有的基礎上，才會成功加鎖。
上面介紹了Lock類來實現(xiàn)代碼的同步處理，下面介紹Condition類來實現(xiàn)wait/notify機制。
Condition類
Condition是Java提供了來實現(xiàn)等待/通知的類，Condition類還提供比wait/notify更豐富的功能，Condition對象是由lock對象所創(chuàng)建的。但是同一個鎖可以創(chuàng)建多個Condition的對象，即創(chuàng)建多個對象監(jiān)視器。這樣的好處就是可以指定喚醒線程。notify喚醒的線程是隨機喚醒一個。
下面，看一個例子，顯示簡單的等待/通知
public class ConditionWaitNotifyService {
private Lock lock = new ReentrantLock();
public Condition condition = lock.newCondition();
public void await(){
try{
lock.lock();
System.out.println("await的時間為 " + System.currentTimeMillis());
condition.await();
System.out.println("await結束的時間" + System.currentTimeMillis());
}catch (Exception e){
e.printStackTrace();
}finally {
lock.unlock();
}
}
public void signal(){
try{
lock.lock();
System.out.println("sign的時間為" + System.currentTimeMillis());
condition.signal();
}finally {
lock.unlock();
}
}
}
測試的代碼如下：
ConditionWaitNotifyService service = new ConditionWaitNotifyService(); new Thread(service::await).start(); Thread.sleep(1000 * 3); service.signal(); Thread.sleep(1000);
結果如下：
await的時間為 1485610107421 sign的時間為1485610110423 await結束的時間1485610110423
condition對象通過lock.newCondition()來創(chuàng)建，用condition.await（）來實現(xiàn)讓線程等待，是線程進入阻塞。用condition.signal()來實現(xiàn)喚醒線程。喚醒的線程是用同一個conditon對象調(diào)用await()方法而進入阻塞。并且和wait/notify一樣，await（）和signal（）也是在同步代碼區(qū)內(nèi)執(zhí)行。
此外看出await結束的語句是在獲取通知之后才執(zhí)行，確實實現(xiàn)了wait/notify的功能。下面這個例子是展示喚醒制定的線程。
ConditionAllService service = new ConditionAllService();
Thread a = new Thread(service::awaitA);
a.setName("A");
a.start();
Thread b = new Thread(service::awaitB);
b.setName("B");
b.start();
Thread.sleep(1000 * 3);
service.signAAll();
Thread.sleep(1000 * 4);
結果如下：
begin awaitA時間為 1485611065974ThreadName=A begin awaitB時間為 1485611065975ThreadName=B signAll的時間為1485611068979ThreadName=main end awaitA時間為1485611068979ThreadName=A
該結果確實展示用同一個condition對象來實現(xiàn)等待通知。
對于等待/通知機制，簡化而言，就是等待一個條件，當條件不滿足時，就進入等待，等條件滿足時，就通知等待的線程開始執(zhí)行。為了實現(xiàn)這種功能，需要進行wait的代碼部分與需要進行通知的代碼部分必須放在同一個對象監(jiān)視器里面。執(zhí)行才能實現(xiàn)多個阻塞的線程同步執(zhí)行代碼，等待與通知的線程也是同步進行。對于wait/notify而言，對象監(jiān)視器與等待條件結合在一起 即synchronized（對象）利用該對象去調(diào)用wait以及notify。但是對于Condition類，是對象監(jiān)視器與條件分開，Lock類來實現(xiàn)對象監(jiān)視器，condition對象來負責條件，去調(diào)用await以及signal。
Condition類的其他功能
和wait類提供了一個最長等待時間，awaitUntil（Date deadline）在到達指定時間之后，線程會自動喚醒。但是無論是await或者awaitUntil，當線程中斷時，進行阻塞的線程會產(chǎn)生中斷異常。Java提供了一個awaitUninterruptibly的方法，使即使線程中斷時，進行阻塞的線程也不會產(chǎn)生中斷異常。
讀寫鎖
Lock類除了提供了ReentrantLock的鎖以外，還提供了ReentrantReadWriteLock的鎖。讀寫鎖分成兩個鎖，一個鎖是讀鎖，一個鎖是寫鎖。讀鎖與讀鎖之間是共享的，讀鎖與寫鎖之間是互斥的，寫鎖與寫鎖之間也是互斥的。
看下面的讀讀共享的例子：
public class ReadReadService {
private ReentrantReadWriteLock lock = new ReentrantReadWriteLock();
public void read(){
try{
try{
lock.readLock().lock();
System.out.println("獲得讀鎖" + Thread.currentThread().getName() +
" " + System.currentTimeMillis());
Thread.sleep(1000 * 10);
}finally {
lock.readLock().unlock();
}
}catch (InterruptedException e){
e.printStackTrace();
}
}
}
測試的代碼和結果如下：
ReadReadService service = new ReadReadService();
Thread a = new Thread(service::read);
a.setName("A");
Thread b = new Thread(service::read);
b.setName("B");
a.start();
b.start();
結果如下：
獲得讀鎖A 1485614976979 獲得讀鎖B 1485614976981
兩個線程幾乎同時執(zhí)行同步代碼。
下面的例子是寫寫互斥的例子
public class WriteWriteService {
private ReentrantReadWriteLock lock = new ReentrantReadWriteLock();
public void write(){
try{
try{
lock.writeLock().lock();
System.out.println("獲得寫鎖" + Thread.currentThread().getName() +
" " +System.currentTimeMillis());
Thread.sleep(1000 * 10);
}finally {
lock.writeLock().unlock();
}
}catch (InterruptedException e){
e.printStackTrace();
}
}
}
測試代碼和結果如下：
WriteWriteService service = new WriteWriteService();
Thread a = new Thread(service::write);
a.setName("A");
Thread b = new Thread(service::write);
b.setName("B");
a.start();
b.start();
Thread.sleep(1000 * 30);
結果如下：
獲得寫鎖A 1485615316519 獲得寫鎖B 1485615326524
兩個線程同步執(zhí)行代碼
讀寫互斥的例子：
public class WriteReadService {
private ReentrantReadWriteLock lock = new ReentrantReadWriteLock();
public void read(){
try{
try{
lock.readLock().lock();
System.out.println("獲得讀鎖" + Thread.currentThread().getName()
+ " " + System.currentTimeMillis());
Thread.sleep(1000 * 10);
}finally {
lock.readLock().unlock();
}
}catch (InterruptedException e){
e.printStackTrace();
}
}
public void write(){
try{
try{
lock.writeLock().lock();
System.out.println("獲得寫鎖" + Thread.currentThread().getName()
+ " " + System.currentTimeMillis());
Thread.sleep(1000 * 10);
}finally {
lock.writeLock().unlock();
}
}catch (InterruptedException e){
e.printStackTrace();
}
}
}
測試的代碼如下：
WriteReadService service = new WriteReadService();
Thread a = new Thread(service::write);
a.setName("A");
a.start();
Thread.sleep(1000);
Thread b = new Thread(service::read);
b.setName("B");
b.start();
Thread.sleep(1000 * 30);
結果如下：
獲得寫鎖A 1485615633790 獲得讀鎖B 1485615643792
兩個線程讀寫之間也是同步執(zhí)行代碼。
總結
本文介紹了新的同步代碼的方式Lock類以及新的等待/通知機制的實現(xiàn)Condition類。本文只是很簡單的介紹了他們的概念和使用的方式。關于Condition以及讀寫鎖還有更多的內(nèi)容，將放在以后的博客中。
以上就是本文的全部內(nèi)容，希望本文的內(nèi)容對大家的學習或者工作能帶來一定的幫助，同時也希望多多支持腳本之家！
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