高并发编程之什么是 Lock 接口

简介: 高并发编程之什么是 Lock 接口

2 Lock 接口

2.1 Synchronized

2.1.1 Synchronized 关键字回顾

synchronized 是 Java 中的关键字,是一种同步锁。它修饰的对象有以下几种:
1. 修饰一个代码块
被修饰的代码块称为同步语句块,其作用的范围是大括号{}
括起来的代码,作用的对象是调用这个代码块的对象;
2. 修饰一个方法
被修饰的方法称为同步方法,其作用的范围是整个方法,作用
的对象是调用这个方法的对象; o 虽然可以使用 synchronized 来定义方法,但 synchronized 并不属于方法定 义的一部分,因此,synchronized 关键字不能被继承。如果在父类中的某个方 法使用了 synchronized 关键字,而在子类中覆盖了这个方法,在子类中的这 个方法默认情况下并不是同步的,而必须显式地在子类的这个方法中加上 synchronized 关键字才可以。当然,还可以在子类方法中调用父类中相应的方 法,这样虽然子类中的方法不是同步的,但子类调用了父类的同步方法,因此, 子类的方法也就相当于同步了。
3. 修改一个静态的方法,其作用的范围是整个静态方法,作用的对象是这个类的 所有对象;
4. 修改一个类,
其作用的范围是 synchronized 后面括号括起来的部分,作用主
的对象是这个类的所有对象。

2.1.2 售票案例

class Ticket {
        //票数 
        private int number = 30;
        //操作方法:卖票 
        public synchronized void sale() {
        //判断:是否有票 
            if(number > 0) {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" : 
                        "+(number--)+"
                        "+number); 
            }
        }
    }

如果一个代码块被 synchronized 修饰了,当一个线程获取了对应的锁,并执
行该代码块时,其他线程便只能一直等待,等待获取锁的线程释放锁,而这里
获取锁的线程释放锁只会有两种情况:

  • 1)获取锁的线程执行完了该代码块,然后线程释放对锁的占有;
  • 2)线程执行发生异常,此时 JVM 会让线程自动释放锁。

那么如果这个获取锁的线程由于要等待 IO 或者其他原因(比如调用 sleep
方法)被阻塞了,但是又没有释放锁,其他线程便只能干巴巴地等待,试想一
下,这多么影响程序执行效率。 因此就需要有一种机制可以不让等待的线程一直无期限地等待下去(比如只等 待一定的时间或者能够响应中断),通过 Lock 就可以办到。

2.2 什么是 Lock

Lock 锁实现提供了比使用同步方法和语句可以获得的更广泛的锁操作。它们允
许更灵活的结构,可能具有非常不同的属性,并且可能支持多个关联的条件对 象。Lock 提供了比 synchronized 更多的功能。

Lock 与的 Synchronized 区别

  • • Lock 不是 Java 语言内置的,synchronized 是 Java 语言的关键字,因此是内 置特性。Lock 是一个类,通过这个类可以实现同步访问;
  • • Lock 和 synchronized 有一点非常大的不同,采用 synchronized 不需要用户 去手动释放锁,当 synchronized 方法或者 synchronized 代码块执行完之后, 系统会自动让线程释放对锁的占用;而 Lock 则必须要用户去手动释放锁,如 果没有主动释放锁,就有可能导致出现死锁现象。

2.2.1 Lock 接口

public interface Lock {
        void lock();
        void lockInterruptibly() throws InterruptedException;
        boolean tryLock();
        boolean tryLock(long time, TimeUnit unit) throws InterruptedException;
        void unlock();
        Condition newCondition();
    }

下面来逐个讲述 Lock 接口中每个方法的使用

2.2.2 lock

lock()方法是平常使用得最多的一个方法,就是用来获取锁。如果锁已被其他
线程获取,则进行等待。
采用 Lock,必须主动去释放锁,并且在发生异常时,不会自动释放锁。因此一
般来说,使用 Lock 必须在 try{}catch{}块中进行,并且将释放锁的操作放在
finally 块中进行,以保证锁一定被被释放,防止死锁的发生。通常使用 Lock
来进行同步的话,是以下面这种形式去使用的:

Lock lock = ...; 
lock.lock(); 
try{
//处理任务 
    }catch(Exception ex){
    }finally{lock.unlock(); //释放锁 
    }

2.2.3 newCondition

关键字 synchronized 与 wait()/notify()这两个方法一起使用可以实现等待/通
知模式, Lock 锁的 newContition()方法返回 Condition 对象,Condition 类
也可以实现等待/通知模式。
用 notify()通知时,JVM 会随机唤醒某个等待的线程, 使用 Condition 类可以
进行选择性通知, Condition 比较常用的两个方法:
• await()会使当前线程等待,同时会释放锁,当其他线程调用 signal()时,线程会重
新获得锁并继续执行。
• signal()用于唤醒一个等待的线程。
注意:在调用 Condition 的 await()/signal()方法前,也需要线程持有相关
的 Lock 锁,调用 await()后线程会释放这个锁,在 singal()调用后会从当前
Condition 对象的等待队列中,唤醒 一个线程,唤醒的线程尝试获得锁, 一旦
获得锁成功就继续执行。

2.3 ReentrantLock

ReentrantLock,意思是“可重入锁”,关于可重入锁的概念将在后面讲述。
ReentrantLock 是唯一实现了 Lock 接口的类,并且 ReentrantLock 提供了更
多的方法。下面通过一些实例看具体看一下如何使用。

public class Test {
    private ArrayList<Integer> arrayList = new ArrayList<Integer>();
    public static void main(String[] args) {
        final Test test = new Test();
        new Thread(){
            public void run() {
                test.insert(Thread.currentThread());
            };}.start();
        new Thread(){
            public void run() {
                test.insert(Thread.currentThread());
            };
        }.start();
    }
    public void insert(Thread thread) {
        Lock lock = new ReentrantLock(); //注意这个地方 
        lock.lock();
        try {
            System.out.println(thread.getName()+"得到了锁");
            for(int i=0;i<5;i++) {
                arrayList.add(i);
            }
        } catch (Exception e) {
// TODO: handle exception 
        }finally {
            System.out.println(thread.getName()+"释放了锁");
            lock.unlock();
        }
    }
}

2.4 ReadWriteLock

ReadWriteLock 也是一个接口,在它里面只定义了两个方法:

public interface ReadWriteLock {
    /**
     * Returns the lock used for reading. 
     *
     * @return the lock used for reading. 
     */ Lock readLock();
    /**
     * Returns the lock used for writing. 
     *
     * @return the lock used for writing. 
     */
    Lock writeLock();
}

一个用来获取读锁,一个用来获取写锁。也就是说将文件的读写操作分开,分
成 2 个锁来分配给线程,从而使得多个线程可以同时进行读操作。下面的
ReentrantReadWriteLock 实现了 ReadWriteLock 接口。
ReentrantReadWriteLock 里面提供了很多丰富的方法,不过最主要的有两个
方法:readLock()和 writeLock()用来获取读锁和写锁。
下面通过几个例子来看一下 ReentrantReadWriteLock 具体用法。
假如有多个线程要同时进行读操作的话,先看一下 synchronized 达到的效果:

public class Test {
    private ReentrantReadWriteLock rwl = new
            ReentrantReadWriteLock();
    public static void main(String[] args) {
        final Test test = new Test();
        new Thread(){
            public void run() { test.get(Thread.currentThread());
            };
        }.start();
        new Thread(){
            public void run() {
                test.get(Thread.currentThread());
            };
        }.start();
    }
    public synchronized void get(Thread thread) {
        long start = System.currentTimeMillis();
        while(System.currentTimeMillis() - start <= 1) {
            System.out.println(thread.getName()+"正在进行读操作");
        }
        System.out.println(thread.getName()+"读操作完毕");
    }
}

而改成用读写锁的话:

public class Test { private ReentrantReadWriteLock rwl = new
        ReentrantReadWriteLock();
    public static void main(String[] args) {
        final Test test = new Test();
        new Thread(){
            public void run() {
                test.get(Thread.currentThread());
            };
        }.start();
        new Thread(){
            public void run() {
                test.get(Thread.currentThread());
            };
        }.start();
    }
    public void get(Thread thread) {
        rwl.readLock().lock();
        try {
            long start = System.currentTimeMillis();
            while(System.currentTimeMillis() - start <= 1) {
                System.out.println(thread.getName()+"正在进行读操作");
            }
            System.out.println(thread.getName()+"读操作完毕");
        } finally {
            rwl.readLock().unlock();
        }
    }
}

说明 thread1 和 thread2 在同时进行读操作。这样就大大提升了读操作的效率。
注意:
• 如果有一个线程已经占用了读锁,则此时其他线程如果要申请写锁,则申请写
锁的线程会一直等待释放读锁。
• 如果有一个线程已经占用了写锁,则此时其他线程如果申请写锁或者读锁,则
申请的线程会一直等待释放写锁。

2.5 小结(重点)

Lock 和 synchronized 有以下几点不同:

  1. Lock 是一个接口,而 synchronized 是 Java 中的关键字,synchronized 是内置的语言实现;
  2. synchronized 在发生异常时,会自动释放线程占有的锁,因此不会导致死锁现象发生;而 Lock 在发生异常时,如果没有主动通过 unLock()去释放锁,则很可能造成死锁现象,因此使用 Lock 时需要在 finally 块中释放锁;
  3. Lock 可以让等待锁的线程响应中断,而 synchronized 却不行,使用 synchronized 时,等待的线程会一直等待下去,不能够响应中断;4. 通过 Lock 可以知道有没有成功获取锁,而 synchronized 却无法办到。
  4. Lock 可以提高多个线程进行读操作的效率。在性能上来说,如果竞争资源不激烈,两者的性能是差不多的,而当竞争资源非常激烈时(即有大量线程同时竞争),此时 Lock 的性能要远远优于 synchronized
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