多線程lock與lockInterruptibly區(qū)別

在多線程編程中，鎖（Lock）是用來(lái)確保多個(gè)線程在訪問(wèn)共享資源時(shí)能夠保持一致性和正確性的關(guān)鍵工具。

Java 提供了多種實(shí)現(xiàn)鎖的機(jī)制，其中最常用的是 ReentrantLock。ReentrantLock 提供了兩種獲取鎖的方法：lock 和 lockInterruptibly。

這兩者在處理線程中斷時(shí)表現(xiàn)不同，理解這些差異對(duì)于編寫健壯的多線程程序至關(guān)重要。

lock 方法

示例代碼：

public static void lock() {
    Lock lock = new ReentrantLock();
    try {
        lock.lock();
        Thread t1 = new Thread(() -> {
            Thread currentThread = Thread.currentThread();
            try {
                lock.lock();
                System.out.println(currentThread.getName() + " lock后的代碼");
            } finally {
                lock.unlock();
            }
            System.out.println("currentThread = " + currentThread.getName() + " isInterrupted:" + currentThread.isInterrupted());
        }, "t1");
        t1.start();
        t1.interrupt();
        System.out.println("currentThread = " + Thread.currentThread().getName());
    } finally {
        lock.unlock();
    }
}

執(zhí)行結(jié)果：

currentThread = main
t1 lock后的代碼
currentThread = t1 isInterrupted:true

解釋：

在這個(gè)示例中，主線程（main）首先獲取了鎖。然后啟動(dòng)一個(gè)新線程（t1），該線程嘗試再次獲取同一個(gè)鎖。主線程在啟動(dòng) t1 后立即調(diào)用 t1.interrupt() 方法中斷 t1 線程。

盡管 t1 線程被中斷，它還是成功獲取到了鎖并執(zhí)行了鎖后的代碼。這是因?yàn)?lock 方法在獲取鎖時(shí)不會(huì)理會(huì)線程的中斷狀態(tài)，只要鎖可用，它就會(huì)獲取鎖。換句話說(shuō)，即使線程被中斷，它也會(huì)繼續(xù)等待獲取鎖，直到成功為止。

lockInterruptibly 方法

示例代碼：

public static void lockInterruptiblyDemo() {
    Lock lock = new ReentrantLock();
    try {
        lock.lock();
        Thread t1 = new Thread(() -> {
            Thread currentThread = Thread.currentThread();
            try {
                lock.lockInterruptibly();
                System.out.println(currentThread.getName() + " lockInterruptibly后的代碼");
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            } finally {
                lock.unlock();
            }
            System.out.println("currentThread = " + currentThread.getName() + " isInterrupted:" + currentThread.isInterrupted());
        }, "t1");
        t1.start();
        t1.interrupt();
        System.out.println("currentThread = " + Thread.currentThread().getName());
    } finally {
        lock.unlock();
    }
}

執(zhí)行結(jié)果：

currentThread = main
java.lang.InterruptedException
    at java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedSynchronizer.acquireInterruptibly(AbstractQueuedSynchronizer.java:1220)
    at java.util.concurrent.locks.ReentrantLock.lockInterruptibly(ReentrantLock.java:335)
    at Xxx.lambda$lockInterruptiblyDemo$1(Xxx.java:39)
    at java.lang.Thread.run(Thread.java:748)
Exception in thread "t1" java.lang.IllegalMonitorStateException
    at java.util.concurrent.locks.ReentrantLock$Sync.tryRelease(ReentrantLock.java:151)
    at java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedSynchronizer.release(AbstractQueuedSynchronizer.java:1261)
    at java.util.concurrent.locks.ReentrantLock.unlock(ReentrantLock.java:457)
    at Xxx.lambda$lockInterruptiblyDemo$1(Xxx.java:44)
    at java.lang.Thread.run(Thread.java:748)

解釋：

在這個(gè)示例中，t1 線程嘗試獲取鎖時(shí)調(diào)用了 lockInterruptibly 方法。與 lock 方法不同，lockInterruptibly 在嘗試獲取鎖時(shí)會(huì)檢查線程的中斷狀態(tài)。如果線程被中斷，它會(huì)立即拋出 InterruptedException 異常，而不會(huì)繼續(xù)等待獲取鎖。

執(zhí)行結(jié)果顯示，t1 線程在嘗試獲取鎖時(shí)被中斷，并且拋出了 InterruptedException。由于異常被捕獲并打印，t1 線程并沒(méi)有獲取鎖，這避免了在某些情況下可能出現(xiàn)的死鎖問(wèn)題。

區(qū)別總結(jié)

中斷響應(yīng)：

• lock 方法：不響應(yīng)中斷，線程會(huì)一直嘗試獲取鎖，直到成功為止。
• lockInterruptibly 方法：響應(yīng)中斷，線程在檢測(cè)到中斷后會(huì)拋出 InterruptedException 并停止嘗試獲取鎖。

使用場(chǎng)景：

• lock 方法適用于不需要考慮中斷的場(chǎng)景。
• lockInterruptibly 方法適用于需要及時(shí)響應(yīng)中斷的場(chǎng)景，例如當(dāng)需要能夠中斷線程來(lái)避免死鎖時(shí)。

面試題：為什么 AQS 中的隊(duì)列設(shè)計(jì)為雙向鏈表？

AQS（AbstractQueuedSynchronizer）是 Java 并發(fā)包中鎖和同步器的基礎(chǔ)框架。AQS 內(nèi)部使用了一個(gè) FIFO（先進(jìn)先出）的雙向鏈表來(lái)管理等待線程的隊(duì)列。

原因：

雙向遍歷：

• 當(dāng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)（線程）被喚醒時(shí)，需要能方便地找到前驅(qū)節(jié)點(diǎn)以確保線程的喚醒順序和正確性。
• 雙向鏈表允許從當(dāng)前節(jié)點(diǎn)輕松訪問(wèn)前驅(qū)節(jié)點(diǎn)，從而能夠修改前驅(qū)節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)。

節(jié)點(diǎn)刪除：

• 在一些情況下，節(jié)點(diǎn)（線程）可能需要從隊(duì)列中取消。
• 雙向鏈表使得刪除節(jié)點(diǎn)操作更加高效，因?yàn)榭梢灾苯油ㄟ^(guò)前驅(qū)和后繼節(jié)點(diǎn)來(lái)重新鏈接，而不需要從頭遍歷。

狀態(tài)更新：

• 雙向鏈表結(jié)構(gòu)使得更新節(jié)點(diǎn)狀態(tài)（如將節(jié)點(diǎn)從等待狀態(tài)變?yōu)檫\(yùn)行狀態(tài)）更為便捷
• 可以在節(jié)點(diǎn)之間高效地傳播狀態(tài)信息

實(shí)現(xiàn)復(fù)雜性：

• 雖然雙向鏈表在實(shí)現(xiàn)上稍微復(fù)雜一些
• 但提供的靈活性和操作效率的提升在高并發(fā)場(chǎng)景中是值得的

通過(guò)這種設(shè)計(jì)，AQS 能夠更高效地管理線程隊(duì)列，確保鎖和同步器的高性能和正確性。

詳細(xì)分析：AQS 中的雙向鏈表

AQS 是一個(gè)基于節(jié)點(diǎn)的框架，所有等待獲取鎖的線程都會(huì)被封裝成一個(gè)節(jié)點(diǎn)并加入到等待隊(duì)列中。該隊(duì)列的結(jié)構(gòu)和操作直接影響鎖的性能和響應(yīng)能力。

AQS 中的主要節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)：

每個(gè)節(jié)點(diǎn)包含以下主要部分：

• 前驅(qū)節(jié)點(diǎn)：指向前一個(gè)等待線程的節(jié)點(diǎn)。
• 后繼節(jié)點(diǎn)：指向后一個(gè)等待線程的節(jié)點(diǎn)。
• 線程引用：包含正在等待獲取鎖的線程的引用。
• 狀態(tài)：表示線程的等待狀態(tài)（如等待、取消等）。

操作示例：

入隊(duì)：

• 當(dāng)一個(gè)線程請(qǐng)求獲取鎖但鎖不可用時(shí)，它會(huì)被封裝成一個(gè)節(jié)點(diǎn)并加入到隊(duì)列末尾。
• 雙向鏈表結(jié)構(gòu)允許快速定位隊(duì)尾并將新節(jié)點(diǎn)鏈接上去。

出隊(duì)：

• 當(dāng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)被喚醒時(shí)（通常是獲取到鎖），它需要從隊(duì)列中移除。
• 雙向鏈表結(jié)構(gòu)允許通過(guò)前驅(qū)和后繼節(jié)點(diǎn)高效地重新鏈接，刪除節(jié)點(diǎn)。

狀態(tài)傳播：

• 當(dāng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)狀態(tài)改變時(shí)（如從等待到運(yùn)行），它需要通知前驅(qū)或后繼節(jié)點(diǎn)。
• 雙向鏈表允許在節(jié)點(diǎn)之間高效地傳播狀態(tài)，確保隊(duì)列中的每個(gè)線程都能正確響應(yīng)狀態(tài)變化。

總結(jié)

理解 lock 和 lockInterruptibly 的區(qū)別有助于我們?cè)诙嗑€程編程中選擇適當(dāng)?shù)逆i獲取方式，確保程序的健壯性和響應(yīng)能力。而 AQS 中的雙向鏈表設(shè)計(jì)則是確保鎖和同步器高效管理等待線程隊(duì)列的重要基礎(chǔ)，這種設(shè)計(jì)使得線程管理更加高效和靈活，在高并發(fā)場(chǎng)景中表現(xiàn)尤為突出。通過(guò)深入理解這些底層機(jī)制，我們可以更好地編寫高性能的多線程應(yīng)用程序。

以上為個(gè)人經(jīng)驗(yàn)，希望能給大家一個(gè)參考，也希望大家多多支持腳本之家。

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