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java中Locks的使用詳解

更新時(shí)間：2020年03月23日 10:47:47 作者：flydean

這篇文章主要介紹了java中Locks的使用詳解，文中通過示例代碼介紹的非常詳細(xì)，對大家的學(xué)習(xí)或者工作具有一定的參考學(xué)習(xí)價(jià)值，需要的朋友們下面隨著小編來一起學(xué)習(xí)學(xué)習(xí)吧

之前文章中我們講到，java中實(shí)現(xiàn)同步的方式是使用synchronized block。在java 5中，Locks被引入了，來提供更加靈活的同步控制。

本文將會深入的講解Lock的使用。

Lock和Synchronized Block的區(qū)別

我們在之前的Synchronized Block的文章中講到了使用Synchronized來實(shí)現(xiàn)java的同步。既然Synchronized Block那么好用，為什么會引入新的Lock呢？

主要有下面幾點(diǎn)區(qū)別：

synchronized block只能寫在一個(gè)方法里面，而Lock的lock()和unlock()可以分別在不同的方法里面。
synchronized block 不支持公平鎖，一旦鎖被釋放，任何線程都有機(jī)會獲取被釋放的鎖。而使用 Lock APIs則可以支持公平鎖。從而讓等待時(shí)間最長的線程有限執(zhí)行。
使用synchronized block，如果線程拿不到鎖，將會被Blocked。 Lock API 提供了一個(gè)tryLock() 的方法，可以判斷是否可以獲得lock，這樣可以減少線程被阻塞的時(shí)間。
當(dāng)線程在等待synchronized block鎖的時(shí)候，是不能被中斷的。如果使用Lock API，則可以使用 lockInterruptibly()來中斷線程。

Lock interface

我們來看下Lock interface的定義, Lock interface定義了下面幾個(gè)主要使用的方法：

void lock() - 嘗試獲取鎖，如果獲取不到鎖，則會進(jìn)入阻塞狀態(tài)。
void lockInterruptibly() - 和lock（）很類似，但是它可以將正在阻塞的線程中斷，并拋出java.lang.InterruptedException。
boolean tryLock() – 這是lock()的非阻塞版本，它回嘗試獲取鎖，并立刻返回是否獲取成功。
boolean tryLock(long timeout, TimeUnit timeUnit) – 和tryLock()很像，只是多了一個(gè)嘗試獲取鎖的時(shí)間。
void unlock() – unlock實(shí)例。
Condition newCondition() - 生成一個(gè)和當(dāng)前Lock實(shí)例綁定的Condition。

在使用Lock的時(shí)候，一定要unlocked，以避免死鎖。所以，通常我們我們要在try catch中使用：

Lock lock = ...; 
lock.lock();
try {
  // access to the shared resource
} finally {
  lock.unlock();
}

除了Lock接口，還有一個(gè)ReadWriteLock接口，在其中定義了兩個(gè)方法，實(shí)現(xiàn)了讀鎖和寫鎖分離：

Lock readLock() – 返回讀鎖
Lock writeLock() – 返回寫鎖

其中讀鎖可以同時(shí)被很多線程獲得，只要不進(jìn)行寫操作。寫鎖同時(shí)只能被一個(gè)線程獲取。

接下來，我們幾個(gè)Lock的常用是實(shí)現(xiàn)類。

ReentrantLock

ReentrantLock是Lock的一個(gè)實(shí)現(xiàn)，什么是ReentrantLock（可重入鎖）呢？

簡單點(diǎn)說可重入鎖就是當(dāng)前線程已經(jīng)獲得了該鎖，如果該線程的其他方法在調(diào)用的時(shí)候也需要獲取該鎖，那么該鎖的lock數(shù)量+1，并且允許進(jìn)入該方法。

不可重入鎖：只判斷這個(gè)鎖有沒有被鎖上，只要被鎖上申請鎖的線程都會被要求等待。實(shí)現(xiàn)簡單
可重入鎖：不僅判斷鎖有沒有被鎖上，還會判斷鎖是誰鎖上的，當(dāng)就是自己鎖上的時(shí)候，那么他依舊可以再次訪問臨界資源，并把加鎖次數(shù)加一。

我們看下怎么使用ReentrantLock：

  public void perform() {

    lock.lock();
    try {
      counter++;
    } finally {
      lock.unlock();
    }
  }

下面是使用tryLock（）的例子：

  public void performTryLock() throws InterruptedException {
    boolean isLockAcquired = lock.tryLock(1, TimeUnit.SECONDS);

    if(isLockAcquired) {
      try {
        counter++;
      } finally {
        lock.unlock();
      }
    }
  }

ReentrantReadWriteLock

ReentrantReadWriteLock是ReadWriteLock的一個(gè)實(shí)現(xiàn)。上面也講到了ReadWriteLock主要有兩個(gè)方法：

Read Lock - 如果沒有線程獲得寫鎖，那么可以多個(gè)線程獲得讀鎖。
Write Lock - 如果沒有其他的線程獲得讀鎖和寫鎖，那么只有一個(gè)線程能夠獲得寫鎖。

我們看下怎么使用writeLock：

  Map<String,String> syncHashMap = new HashMap<>();
  ReadWriteLock lock = new ReentrantReadWriteLock();

  Lock writeLock = lock.writeLock();

  public void put(String key, String value) {
    try {
      writeLock.lock();
      syncHashMap.put(key, value);
    } finally {
      writeLock.unlock();
    }
  }

  public String remove(String key){
    try {
      writeLock.lock();
      return syncHashMap.remove(key);
    } finally {
      writeLock.unlock();
    }
  }

再看下怎么使用readLock：

  Lock readLock = lock.readLock();
  public String get(String key){
    try {
      readLock.lock();
      return syncHashMap.get(key);
    } finally {
      readLock.unlock();
    }
  }

  public boolean containsKey(String key) {
    try {
      readLock.lock();
      return syncHashMap.containsKey(key);
    } finally {
      readLock.unlock();
    }
  }

StampedLock

StampedLock也支持讀寫鎖，獲取鎖的是會返回一個(gè)stamp，通過該stamp來進(jìn)行釋放鎖操作。

上我們講到了如果寫鎖存在的話，讀鎖是無法被獲取的。但有時(shí)候我們讀操作并不想進(jìn)行加鎖操作，這個(gè)時(shí)候我們就需要使用樂觀讀鎖。

StampedLock中的stamped類似樂觀鎖中的版本的概念，當(dāng)我們在
StampedLock中調(diào)用lock方法的時(shí)候，就會返回一個(gè)stamp，代表鎖當(dāng)時(shí)的狀態(tài)，在樂觀讀鎖的使用過程中，在讀取數(shù)據(jù)之后，我們回去判斷該stamp狀態(tài)是否變化，如果變化了就說明該stamp被另外的write線程修改了，這說明我們之前的讀是無效的，這個(gè)時(shí)候我們就需要將樂觀讀鎖升級為讀鎖，來重新獲取數(shù)據(jù)。

我們舉個(gè)例子，先看下write排它鎖的情況：

  private double x, y;
  private final StampedLock sl = new StampedLock();

  void move(double deltaX, double deltaY) { // an exclusively locked method
    long stamp = sl.writeLock();
    try {
      x += deltaX;
      y += deltaY;
    } finally {
      sl.unlockWrite(stamp);
    }
  }

再看下樂觀讀鎖的情況：

  double distanceFromOrigin() { // A read-only method
    long stamp = sl.tryOptimisticRead();
    double currentX = x, currentY = y;
    if (!sl.validate(stamp)) {
      stamp = sl.readLock();
      try {
        currentX = x;
        currentY = y;
      } finally {
        sl.unlockRead(stamp);
      }
    }
    return Math.sqrt(currentX * currentX + currentY * currentY);
  }

上面使用tryOptimisticRead（）來嘗試獲取樂觀讀鎖，然后通過sl.validate(stamp)來判斷該stamp是否被改變，如果改變了，說明之前的read是無效的，那么需要重新來讀取。

最后，StampedLock還提供了一個(gè)將read鎖和樂觀讀鎖升級為write鎖的功能：

  void moveIfAtOrigin(double newX, double newY) { // upgrade
    // Could instead start with optimistic, not read mode
    long stamp = sl.readLock();
    try {
      while (x == 0.0 && y == 0.0) {
        long ws = sl.tryConvertToWriteLock(stamp);
        if (ws != 0L) {
          stamp = ws;
          x = newX;
          y = newY;
          break;
        }
        else {
          sl.unlockRead(stamp);
          stamp = sl.writeLock();
        }
      }
    } finally {
      sl.unlock(stamp);
    }
  }

上面的例子是通過使用tryConvertToWriteLock(stamp)來實(shí)現(xiàn)升級的。

Conditions

上面講Lock接口的時(shí)候有提到其中的一個(gè)方法：

Condition newCondition();

Condition提供了await和signal方法，類似于Object中的wait和notify。

不同的是Condition提供了更加細(xì)粒度的等待集劃分。我們舉個(gè)例子：

public class ConditionUsage {
  final Lock lock = new ReentrantLock();
  final Condition notFull = lock.newCondition();
  final Condition notEmpty = lock.newCondition();

  final Object[] items = new Object[100];
  int putptr, takeptr, count;

  public void put(Object x) throws InterruptedException {
    lock.lock();
    try {
      while (count == items.length)
        notFull.await();
      items[putptr] = x;
      if (++putptr == items.length) putptr = 0;
      ++count;
      notEmpty.signal();
    } finally {
      lock.unlock();
    }
  }

  public Object take() throws InterruptedException {
    lock.lock();
    try {
      while (count == 0)
        notEmpty.await();
      Object x = items[takeptr];
      if (++takeptr == items.length) takeptr = 0;
      --count;
      notFull.signal();
      return x;
    } finally {
      lock.unlock();
    }
  }
}

上面的例子實(shí)現(xiàn)了一個(gè)ArrayBlockingQueue，我們可以看到在同一個(gè)Lock實(shí)例中，創(chuàng)建了兩個(gè)Condition，分別代表隊(duì)列未滿，隊(duì)列未空。通過這種細(xì)粒度的劃分，我們可以更好的控制業(yè)務(wù)邏輯。

本文的例子可以參考https://github.com/ddean2009/learn-java-concurrency/tree/master/Locks

到此這篇關(guān)于java中Locks的使用詳解的文章就介紹到這了,更多相關(guān)java Locks內(nèi)容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！

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