多线程系列(八) -ReentrantLock基本用法介绍
一、简介
在之前的线程系列文章中,我们介绍到了使用synchronized
关键字可以实现线程同步安全的效果,以及采用wait()
、notify()
和notifyAll()
方法,可以实现多个线程之间的通信协调,基本可以满足并发编程的需求。
但是采用synchronized
进行加锁,这种锁一般都比较重,里面的实现机制也非常复杂,同时获取锁时必须一直等待,没有额外的尝试机制,如果编程不当,可能就容易发生死锁现象。
从 JDK 1.5 开始,引入了一个高级的处理并发的java.util.concurrent
包,它提供了大量更高级的并发功能,能大大的简化多线程程序的编写。
比如我们今天要介绍的java.util.concurrent.locks
包提供的ReentrantLock
类,一个可重入的互斥锁,它具有与使用synchronized
加锁一样的特性,并且功能更加强大。
下面我们一起来学习一下ReentrantLock
类的基本使用。
二、ReentrantLock 基本用法
在介绍ReentrantLock
之前,我们先来看一下传统的使用synchronized
对方法进行加锁的示例。
public class Counter {
private int count;
public void add() {
synchronized(this) {
count ++;
System.out.println("ThreadName:" + Thread.currentThread().getName() + ", count:" + getCount());
}
}
public int getCount() {
return count;
}
}
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
Counter counter = new Counter();
// 创建5个线程,同时对count进行加一操作
for (int i = 0; i < 5; i++) {
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
counter.add();
}
}).start();
}
// 假设休眠1秒,5个线程执行完毕
Thread.sleep(1000);
System.out.println("count:" + counter.getCount());
}
输出结果如下:
ThreadName:Thread-0, count:1
ThreadName:Thread-1, count:2
ThreadName:Thread-2, count:3
ThreadName:Thread-3, count:4
ThreadName:Thread-4, count:5
count:5
如果用ReentrantLock
替代,只需要将Counter
中的代码改造为如下:
public class Counter {
private final Lock lock = new ReentrantLock();
private int count;
public void add() {
// 加锁
lock.lock();
try {
count ++;
System.out.println("ThreadName:" + Thread.currentThread().getName() + ", count:" + getCount());
} finally {
// 释放锁
lock.unlock();
}
}
public int getCount() {
return count;
}
}
运行程序,结果与上面一致,可以证明:ReentrantLock
具备与synchronized
一样的加锁功能。
同时,ReentrantLock
还具备在指定的时间内尝试获取锁的机制,比如下面这行代码:
if (lock.tryLock(3, TimeUnit.SECONDS)) {
try {
...
} finally {
lock.unlock();
}
}
尝试在 3 秒内获取锁,如果获取不到就返回false
,程序不需要无限等待下去,这个功能在实际开发中使用非常的广泛。
从上面的示例代码,我们可以总结出synchronized
和ReentrantLock
有以下几点不一样。
ReentrantLock
需要手动调用加锁方法;而synchronized
不需要,它采用了隐藏的加锁方式,借助 jvm 来实现synchronized
不需要考虑异常;而ReentrantLock
获取锁之后,要在finally
中正确的释放锁,否则会影响其它线程ReentrantLock
拥有尝试获取锁的超时机制,利用它可以避免无限等待;而synchronized
不具备synchronized
是 Java 语言层面提供的语法;而ReentrantLock
是 Java 代码实现的可重入锁
因此,在并发编程中,使用ReentrantLock
比直接使用synchronized
更灵活、更安全,采用tryLock(long time, TimeUnit unit)
方法,即使未获取到锁也不会导致死锁。
三、ReentrantLock 和 synchronized 持有的对象监视器是同一个吗?
可能有的同学会发出这样的一个问题,使用ReentrantLock
进行加锁和使用synchronized
加锁,两者持有的对象监视器是同一个吗?
下面我们一起来看一个例子。
public class Counter {
private final Lock lock = new ReentrantLock();
private int count;
public synchronized void methodA() {
System.out.println("ThreadName:" + Thread.currentThread().getName() + ",begin methodA, count:" + getCount());
try {
Thread.sleep(3000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
count ++;
System.out.println("ThreadName:" + Thread.currentThread().getName() + ", count:" + getCount());
}
public void methodB() {
// 加锁
lock.lock();
try {
System.out.println("ThreadName:" + Thread.currentThread().getName() + ",begin methodB, count:" + getCount());
Thread.sleep(3000);
count ++;
System.out.println("ThreadName:" + Thread.currentThread().getName() + ", count:" + getCount());
} catch (Exception e){
e.printStackTrace();
} finally {
// 释放锁
lock.unlock();
}
}
public int getCount() {
return count;
}
}
public class MyThreadA extends Thread {
private Counter counter;
public MyThreadA(Counter counter) {
this.counter = counter;
}
@Override
public void run() {
counter.methodA();
}
}
public class MyThreadB extends Thread {
private Counter counter;
public MyThreadB(Counter counter) {
this.counter = counter;
}
@Override
public void run() {
counter.methodB();
}
}
public class MyThreadTest {
public static void main(String[] args) {
Counter counter = new Counter();
MyThreadA threadA = new MyThreadA(counter);
threadA.start();
MyThreadB threadB = new MyThreadB(counter);
threadB.start();
}
}
看一下运行结果:
ThreadName:Thread-0,begin methodA, count:0
ThreadName:Thread-1,begin methodB, count:0
ThreadName:Thread-0, count:2
ThreadName:Thread-1, count:2
从日志上可以看出,采用两个线程分别采用synchronized
和ReentrantLock
两种加锁方式对count
进行操作,两个线程交替执行,可以得出一个结论:synchronized
和ReentrantLock
持有的对象监视器不同。
四、Condition 基本用法
在之前的文章中,我们介绍了在synchronized
同步方法/代码块中,使用wait()
、notify()
和notifyAll()
可以实现线程之间的等待/通知模型。
ReentrantLock
同样也可以,只需要借助Condition
类即可实现,Condition
提供的await()
、signal()
、signalAll()
原理和synchronized
锁对象的wait()
、notify()
、notifyAll()
是一致的,并且其行为也是一样的。
我们还是先来看一个简单的示例。
public class Counter {
private final Lock lock = new ReentrantLock();
private Condition condition = lock.newCondition();
private int count;
public void await(){
// 加锁
lock.lock();
try {
condition.await();
System.out.println("await等待结束,count:" + getCount());
} catch (Exception e){
e.printStackTrace();
} finally {
// 释放锁
lock.unlock();
}
}
public void signal(){
// 加锁
lock.lock();
try {
count++;
// 唤醒某个等待线程
condition.signal();
// 唤醒所有等待线程
// condition.signalAll();
System.out.println("signal 唤醒通知完毕");
} catch (Exception e){
e.printStackTrace();
} finally {
// 释放锁
lock.unlock();
}
}
public int getCount() {
return count;
}
}
public class MyThreadA extends Thread {
private Counter counter;
public MyThreadA(Counter counter) {
this.counter = counter;
}
@Override
public void run() {
counter.await();
}
}
public class MyThreadB extends Thread {
private Counter counter;
public MyThreadB(Counter counter) {
this.counter = counter;
}
@Override
public void run() {
counter.signal();
}
}
public class MyThreadTest {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
Counter counter = new Counter();
// 先启动执行等待的线程
MyThreadA threadA = new MyThreadA(counter);
threadA.start();
Thread.sleep(3000);
// 过3秒,再启动执行通知的线程
MyThreadB threadB = new MyThreadB(counter);
threadB.start();
}
}
看一下运行结果:
signal 通知完毕
await等待结束,count:1
从结果上看很明显的看出,等待线程MyThreadA
先启动,过了 3 秒之后再启动了MyThreadB
,但是signal()
方法先执行完毕,再通知await()
方法执行,符合代码预期。
这个例子也证明了一点:condition.await()
方法是释放了锁,不然signal()
方法体不会被执行。
相比wait/notify/notifyAll
的等待/通知模型,Condition
更加灵活,理由有以下几点:
notify()
方法唤醒线程时,被通知的线程由 Java 虚拟机随机选择;而采用ReentrantLock
结合Condition
可以实现有选择性地通知,这一特性在实际编程中非常实用- 一个
Lock
里面可以创建多个Condition
实例,实现多路通知,使用多个Condition
的应用场景很常见,比如ArrayBlockingQueue
五、小结
本文主要围绕ReentrantLock
的基本使用做了一次简单的知识总结,如果有不正之处,请多多谅解,并欢迎批评指出。
六、参考
1、博客园 -五月的仓颉 - ReentrantLock的使用和Condition
七、写到最后
最近无意间获得一份阿里大佬写的技术笔记,内容涵盖 Spring、Spring Boot/Cloud、Dubbo、JVM、集合、多线程、JPA、MyBatis、MySQL 等技术知识。需要的小伙伴可以点击如下链接获取,资源地址:技术资料笔记。
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