多線程中的Lock小結

本文轉載自查看原文 2017-03-09 23:53 5256 [701]多線程並發

1.lock和synchronized的區別

1）Lock不是Java語言內置的，synchronized是Java語言的關鍵字，因此是內置特性。Lock是一個類，通過這個類可以實現同步訪問；

2）Lock和synchronized有一點非常大的不同，采用synchronized不需要用戶去手動釋放鎖，當synchronized方法或者synchronized代碼塊執行完之后，系統會自動讓線程釋放對鎖的占用；而Lock則必須要用戶去手動釋放鎖，如果沒有主動釋放鎖，就有可能導致出現死鎖現象。

2.java.util.concurrent.locks包下常用的類

首先要說明的就是Lock，通過查看Lock的源碼可知，Lock是一個接口：

public interface Lock {

    void lock();

    void lockInterruptibly() throws InterruptedException;

    boolean tryLock();

    boolean tryLock(long time, TimeUnit unit) throws InterruptedException;

    void unlock();

}

Lock接口中每個方法的使用：

lock()、tryLock()、tryLock(long time, TimeUnit unit)、lockInterruptibly()是用來獲取鎖的。unLock()方法是用來釋放鎖的。

四個獲取鎖方法的區別：

lock()方法是平常使用得最多的一個方法，就是用來獲取鎖。如果鎖已被其他線程獲取，則進行等待。由於在前面講到如果采用Lock，必須主動去釋放鎖，並且在發生異常時，不會自動釋放鎖。因此一般來說，使用Lock必須在try{}catch{}塊中進行，並且將釋放鎖的操作放在finally塊中進行，以保證鎖一定被被釋放，防止死鎖的發生。
tryLock()方法是有返回值的，它表示用來嘗試獲取鎖，如果獲取成功，則返回true，如果獲取失敗（即鎖已被其他線程獲取），則返回false，也就說這個方法無論如何都會立即返回。在拿不到鎖時不會一直在那等待。
tryLock(long time, TimeUnit unit)方法和tryLock()方法是類似的，只不過區別在於這個方法在拿不到鎖時會等待一定的時間，在時間期限之內如果還拿不到鎖，就返回false。如果如果一開始拿到鎖或者在等待期間內拿到了鎖，則返回true。
lockInterruptibly()方法比較特殊，當通過這個方法去獲取鎖時，如果線程正在等待獲取鎖，則這個線程能夠響應中斷，即中斷線程的等待狀態。也就使說，當兩個線程同時通過lock.lockInterruptibly()想獲取某個鎖時，假若此時線程A獲取到了鎖，而線程B只有等待，那么對線程B調用threadB.interrupt()方法能夠中斷線程B的等待過程。注意，當一個線程獲取了鎖之后，是不會被interrupt()方法中斷的。因此當通過lockInterruptibly()方法獲取某個鎖時，如果不能獲取到，只有進行等待的情況下，是可以響應中斷的。而用synchronized修飾的話，當一個線程處於等待某個鎖的狀態，是無法被中斷的，只有一直等待下去。

直接使用lock接口的話，我們需要實現很多方法，不太方便，ReentrantLock是唯一實現了Lock接口的類，並且ReentrantLock提供了更多的方法，ReentrantLock，意思是“可重入鎖”。

以下是ReentrantLock的使用案例：

例子1，lock()的正確使用方法

package cn.itcast_01_mythread.thread.lock;

import java.util.ArrayList;
import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

public class MyLockTest {
    private static ArrayList<Integer> arrayList = new ArrayList<Integer>();
    static Lock lock = new ReentrantLock(); // 注意這個地方
    public static <E> void main(String[] args) {
        new Thread() {
            public void run() {
                Thread thread = Thread.currentThread();
                
                lock.lock();
                try {
                    System.out.println(thread.getName() + "得到了鎖");
                    for (int i = 0; i < 5; i++) {
                        arrayList.add(i);
                    }
                } catch (Exception e) {
                    // TODO: handle exception
                } finally {
                    System.out.println(thread.getName() + "釋放了鎖");
                    lock.unlock();
                }

            };
        }.start();
        
        new Thread() {
            public void run() {
                Thread thread = Thread.currentThread();
                lock.lock();
                try {
                    System.out.println(thread.getName() + "得到了鎖");
                    for (int i = 0; i < 5; i++) {
                        arrayList.add(i);
                    }
                } catch (Exception e) {
                    // TODO: handle exception
                } finally {
                    System.out.println(thread.getName() + "釋放了鎖");
                    lock.unlock();
                }

            };
        }.start();
    }

}

運行結果：

Thread-0得到了鎖
Thread-0釋放了鎖
Thread-1得到了鎖
Thread-1釋放了鎖

即正常的加鎖操作。

例子2，tryLock()的使用方法

package cn.itcast_01_mythread.thread.lock;

import java.util.ArrayList;
import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

/**
 * 觀察現象：一個線程獲得鎖后，另一個線程取不到鎖，不會一直等待
 * @author
 *
 */
public class MyTryLock {

    private static ArrayList<Integer> arrayList = new ArrayList<Integer>();
    static Lock lock = new ReentrantLock(); // 注意這個地方
    public static void main(String[] args) {
        
        new Thread() {
            public void run() {
                Thread thread = Thread.currentThread();
                boolean tryLock = lock.tryLock();
                System.out.println(thread.getName()+" "+tryLock);
                if (tryLock) {
                    try {
                        System.out.println(thread.getName() + "得到了鎖");
                        for (int i = 0; i < 5; i++) {
                            arrayList.add(i);
                        }
                    } catch (Exception e) {
                        // TODO: handle exception
                    } finally {
                        System.out.println(thread.getName() + "釋放了鎖");
                        lock.unlock();
                    }
                }
            };
        }.start();

        new Thread() {
            public void run() {
                Thread thread = Thread.currentThread();
                boolean tryLock = lock.tryLock();
                System.out.println(thread.getName()+" "+tryLock);
                if (tryLock) {
                    try {
                        System.out.println(thread.getName() + "得到了鎖");
                        for (int i = 0; i < 5; i++) {
                            arrayList.add(i);
                        }
                    } catch (Exception e) {
                        // TODO: handle exception
                    } finally {
                        System.out.println(thread.getName() + "釋放了鎖");
                        lock.unlock();
                    }
                }

            };
        }.start();
    }

}

運行結果：

Thread-0 true
Thread-0得到了鎖
Thread-0釋放了鎖
Thread-1 true
Thread-1得到了鎖
Thread-1釋放了鎖

或者

Thread-0 true
Thread-0得到了鎖
Thread-1 false
Thread-0釋放了鎖

可見結果不定，嘗試獲取鎖，可能成功，可能失敗。

例子3，lockInterruptibly()響應中斷的使用方法：

package cn.itcast_01_mythread.thread.lock;

import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

/**
 * 觀察現象：如果thread-0得到了鎖，阻塞。。。thread-1嘗試獲取鎖，如果拿不到，則可以被中斷等待
 * 
 * @author
 * 
 */
public class MyInterruptibly {
    private Lock lock = new ReentrantLock();

    public static void main(String[] args) {
        MyInterruptibly test = new MyInterruptibly();
        MyThread thread0 = new MyThread(test);
        MyThread thread1 = new MyThread(test);
        thread0.start();
        thread1.start();

        try {
            Thread.sleep(2000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        thread1.interrupt();
        System.out.println("=====================");
    }

    public void insert(Thread thread) throws InterruptedException {
        lock.lockInterruptibly(); // 注意，如果需要正確中斷等待鎖的線程，必須將獲取鎖放在外面，然后將InterruptedException拋出
        try {
            System.out.println(thread.getName() + "得到了鎖");
            long startTime = System.currentTimeMillis();
            for (;;) {
                if (System.currentTimeMillis() - startTime >= Integer.MAX_VALUE)
                    break;
                // 插入數據
            }
        } finally {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "執行finally");
            lock.unlock();
            System.out.println(thread.getName() + "釋放了鎖");
        }
    }
}

class MyThread extends Thread {
    private MyInterruptibly test = null;

    public MyThread(MyInterruptibly test) {
        this.test = test;
    }

    @Override
    public void run() {

        try {
            test.insert(Thread.currentThread());
        } catch (Exception e) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "被中斷");
        }
    }

}

運行結果：

Thread-0得到了鎖
=====================
Thread-1被中斷

我們可以看到，Thread-0得到了鎖，一直不釋放，此時Thread-1可以手動停止。

接下來我們說一下ReadWriteLock，ReadWriteLock也是一個接口，在它里面只定義了兩個方法：

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();
}

一個用來獲取讀鎖，一個用來獲取寫鎖。也就是說將文件的讀寫操作分開，分成2個鎖來分配給線程，從而使得多個線程可以同時進行讀操作。下面的ReentrantReadWriteLock實現了ReadWriteLock接口。

ReentrantReadWriteLock里面提供了很多豐富的方法，不過最主要的有兩個方法：readLock()和writeLock()用來獲取讀鎖和寫鎖。

下面通過幾個例子來看一下ReentrantReadWriteLock具體用法。

當有多個線程讀寫文件時，讀操作和寫操作會發生沖突現象，寫操作和寫操作會發生沖突現象，但是讀操作和讀操作不會發生沖突現象。但是采用synchronized關鍵字來實現同步的話，就會導致一個問題：

如果多個線程都只是進行讀操作，當一個線程在進行讀操作時，其他線程只能等待無法進行讀操作。

因此就需要一種機制來使得多個線程都只是進行讀操作時，線程之間不會發生沖突，通過Lock就可以辦到。

另外，通過Lock可以知道線程有沒有成功獲取到鎖。這個是synchronized無法辦到的。

總的來說，也就是說Lock提供了比synchronized更多的功能。

例子1：假如有多個線程要同時進行讀操作的話，先看一下synchronized達到的效果

package cn.itcast_01_mythread.thread.lock;


/**
 * 一個線程又要讀又要寫，用synchronize來實現的話，讀寫操作都只能鎖住后一個線程一個線程地進行
 * @author
 *
 */
public class MySynchronizedReadWrite {
    
    public static void main(String[] args)  {
        final MySynchronizedReadWrite test = new MySynchronizedReadWrite();
         
        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();
        int i=0;
        while(System.currentTimeMillis() - start <= 1) {
            i++;
            if(i%4==0){
            System.out.println(thread.getName()+"正在進行寫操作");
            }else {
                System.out.println(thread.getName()+"正在進行讀操作");    
            }
        }
        System.out.println(thread.getName()+"讀寫操作完畢");
    }

}

運行結果：

Thread-0正在進行讀操作
Thread-0正在進行讀操作
Thread-0正在進行讀操作
Thread-0正在進行寫操作
Thread-0正在進行讀操作
Thread-0正在進行讀操作
Thread-0正在進行讀操作
Thread-0正在進行寫操作
Thread-0正在進行讀操作
Thread-0正在進行讀操作
Thread-0正在進行讀操作
Thread-0正在進行寫操作
Thread-0正在進行讀操作
Thread-0正在進行讀操作
Thread-0正在進行讀操作
Thread-0正在進行寫操作
Thread-0正在進行讀操作
Thread-0正在進行讀操作
Thread-0正在進行讀操作
Thread-0正在進行寫操作
Thread-0正在進行讀操作
Thread-0正在進行讀操作
Thread-0正在進行讀操作
Thread-0正在進行寫操作
Thread-0正在進行讀操作
Thread-0正在進行讀操作
Thread-0正在進行讀操作
Thread-0正在進行寫操作
Thread-0正在進行讀操作
Thread-0正在進行讀操作
Thread-0正在進行讀操作
Thread-0正在進行寫操作
Thread-0正在進行讀操作
Thread-0正在進行讀操作
Thread-0讀寫操作完畢
Thread-1正在進行讀操作
Thread-1正在進行讀操作
Thread-1正在進行讀操作
Thread-1正在進行寫操作
Thread-1正在進行讀操作
Thread-1正在進行讀操作
Thread-1正在進行讀操作
Thread-1正在進行寫操作
Thread-1正在進行讀操作
Thread-1正在進行讀操作
Thread-1正在進行讀操作
Thread-1正在進行寫操作
Thread-1正在進行讀操作
Thread-1正在進行讀操作
Thread-1正在進行讀操作
Thread-1正在進行寫操作
Thread-1正在進行讀操作
Thread-1正在進行讀操作
Thread-1正在進行讀操作
Thread-1正在進行寫操作
Thread-1正在進行讀操作
Thread-1正在進行讀操作
Thread-1正在進行讀操作
Thread-1正在進行寫操作
Thread-1正在進行讀操作
Thread-1正在進行讀操作
Thread-1正在進行讀操作
Thread-1正在進行寫操作
Thread-1正在進行讀操作
Thread-1正在進行讀操作
Thread-1正在進行讀操作
Thread-1正在進行寫操作
Thread-1正在進行讀操作
Thread-1正在進行讀操作
Thread-1正在進行讀操作
Thread-1正在進行寫操作
Thread-1正在進行讀操作
Thread-1正在進行讀操作
Thread-1正在進行讀操作
Thread-1正在進行寫操作
Thread-1正在進行讀操作
Thread-1正在進行讀操作
Thread-1正在進行讀操作
Thread-1正在進行寫操作
Thread-1正在進行讀操作
Thread-1正在進行讀操作
Thread-1正在進行讀操作
Thread-1正在進行寫操作
Thread-1讀寫操作完畢

我們可以看到，只有Thread-0讀寫操作完畢之后，Thread-1才會進行讀寫操作，不會有交叉。

例子2：改成用讀寫鎖的話：

package cn.itcast_01_mythread.thread.lock;

import java.util.concurrent.locks.ReentrantReadWriteLock;

/**
 * 使用讀寫鎖，可以實現讀寫分離鎖定，讀操作並發進行，寫操作鎖定單個線程
 * 
 * 如果有一個線程已經占用了讀鎖，則此時其他線程如果要申請寫鎖，則申請寫鎖的線程會一直等待釋放讀鎖。
 * 如果有一個線程已經占用了寫鎖，則此時其他線程如果申請寫鎖或者讀鎖，則申請的線程會一直等待釋放寫鎖。
 * @author
 *
 */
public class MyReentrantReadWriteLock {
     private ReentrantReadWriteLock rwl = new ReentrantReadWriteLock();
     
        public static void main(String[] args)  {
            final MyReentrantReadWriteLock test = new MyReentrantReadWriteLock();
             
            new Thread(){
                public void run() {
                    test.get(Thread.currentThread());
                    test.write(Thread.currentThread());
                };
            }.start();
             
            new Thread(){
                public void run() {
                    test.get(Thread.currentThread());
                    test.write(Thread.currentThread());
                };
            }.start();
             
        }  
        
        /**
         * 讀操作,用讀鎖來鎖定
         * @param thread
         */
        public void get(Thread thread) {
            rwl.readLock().lock();
            try {
                long start = System.currentTimeMillis();
                 
                while(System.currentTimeMillis() - start <= 1) {
                    System.out.println(thread.getName()+"正在進行讀操作");
                }
                System.out.println(thread.getName()+"讀操作完畢");
            } finally {
                rwl.readLock().unlock();
            }
        }

        /**
         * 寫操作，用寫鎖來鎖定
         * @param thread
         */
        public void write(Thread thread) {
            rwl.writeLock().lock();;
            try {
                long start = System.currentTimeMillis();
                 
                while(System.currentTimeMillis() - start <= 1) {
                    System.out.println(thread.getName()+"正在進行寫操作");
                }
                System.out.println(thread.getName()+"寫操作完畢");
            } finally {
                rwl.writeLock().unlock();
            }
        }
}

運行結果：

Thread-0正在進行讀操作
Thread-0正在進行讀操作
Thread-0正在進行讀操作
Thread-0正在進行讀操作
Thread-0正在進行讀操作
Thread-0正在進行讀操作
Thread-0正在進行讀操作
Thread-0正在進行讀操作
Thread-0正在進行讀操作
Thread-0正在進行讀操作
Thread-0正在進行讀操作
Thread-0正在進行讀操作
Thread-0正在進行讀操作
Thread-1正在進行讀操作
Thread-1正在進行讀操作
Thread-1正在進行讀操作
Thread-1正在進行讀操作
Thread-1正在進行讀操作
Thread-1正在進行讀操作
Thread-1正在進行讀操作
Thread-1正在進行讀操作
Thread-1正在進行讀操作
Thread-1正在進行讀操作
Thread-1正在進行讀操作
Thread-1正在進行讀操作
Thread-1正在進行讀操作
Thread-1正在進行讀操作
Thread-1正在進行讀操作
Thread-1正在進行讀操作
Thread-1正在進行讀操作
Thread-1正在進行讀操作
Thread-1正在進行讀操作
Thread-0正在進行讀操作
Thread-1正在進行讀操作
Thread-1正在進行讀操作
Thread-1正在進行讀操作
Thread-1正在進行讀操作
Thread-0讀操作完畢
Thread-1正在進行讀操作
Thread-1正在進行讀操作
Thread-1正在進行讀操作
Thread-1正在進行讀操作
Thread-1正在進行讀操作
Thread-1正在進行讀操作
Thread-1正在進行讀操作
Thread-1正在進行讀操作
Thread-1正在進行讀操作
Thread-1正在進行讀操作
Thread-1正在進行讀操作
Thread-1正在進行讀操作
Thread-1正在進行讀操作
Thread-1正在進行讀操作
Thread-1正在進行讀操作
Thread-1正在進行讀操作
Thread-1正在進行讀操作
Thread-1正在進行讀操作
Thread-1正在進行讀操作
Thread-1正在進行讀操作
Thread-1正在進行讀操作
Thread-1正在進行讀操作
Thread-1讀操作完畢
Thread-1正在進行寫操作
Thread-1正在進行寫操作
Thread-1正在進行寫操作
Thread-1正在進行寫操作
Thread-1正在進行寫操作
Thread-1正在進行寫操作
Thread-1正在進行寫操作
Thread-1正在進行寫操作
Thread-1正在進行寫操作
Thread-1正在進行寫操作
Thread-1正在進行寫操作
Thread-1正在進行寫操作
Thread-1正在進行寫操作
Thread-1正在進行寫操作
Thread-1正在進行寫操作
Thread-1正在進行寫操作
Thread-1正在進行寫操作
Thread-1正在進行寫操作
Thread-1正在進行寫操作
Thread-1正在進行寫操作
Thread-1正在進行寫操作
Thread-1正在進行寫操作
Thread-1正在進行寫操作
Thread-1正在進行寫操作
Thread-1正在進行寫操作
Thread-1正在進行寫操作
Thread-1正在進行寫操作
Thread-1正在進行寫操作
Thread-1正在進行寫操作
Thread-1正在進行寫操作
Thread-1正在進行寫操作
Thread-1正在進行寫操作
Thread-1正在進行寫操作
Thread-1正在進行寫操作
Thread-1正在進行寫操作
Thread-1正在進行寫操作
Thread-1正在進行寫操作
Thread-1正在進行寫操作
Thread-1正在進行寫操作
Thread-1正在進行寫操作
Thread-1正在進行寫操作
Thread-1正在進行寫操作
Thread-1正在進行寫操作
Thread-1正在進行寫操作
Thread-1正在進行寫操作
Thread-1正在進行寫操作
Thread-1正在進行寫操作
Thread-1正在進行寫操作
Thread-1正在進行寫操作
Thread-1正在進行寫操作
Thread-1正在進行寫操作
Thread-1正在進行寫操作
Thread-1正在進行寫操作
Thread-1正在進行寫操作
Thread-1正在進行寫操作
Thread-1寫操作完畢
Thread-0正在進行寫操作
Thread-0正在進行寫操作
Thread-0正在進行寫操作
Thread-0正在進行寫操作
Thread-0正在進行寫操作
Thread-0正在進行寫操作
Thread-0正在進行寫操作
Thread-0正在進行寫操作
Thread-0正在進行寫操作
Thread-0正在進行寫操作
Thread-0正在進行寫操作
Thread-0正在進行寫操作
Thread-0正在進行寫操作
Thread-0正在進行寫操作
Thread-0正在進行寫操作
Thread-0正在進行寫操作
Thread-0正在進行寫操作
Thread-0正在進行寫操作
Thread-0正在進行寫操作
Thread-0正在進行寫操作
Thread-0正在進行寫操作
Thread-0正在進行寫操作
Thread-0正在進行寫操作
Thread-0正在進行寫操作
Thread-0正在進行寫操作
Thread-0正在進行寫操作
Thread-0正在進行寫操作
Thread-0正在進行寫操作
Thread-0正在進行寫操作
Thread-0正在進行寫操作
Thread-0正在進行寫操作
Thread-0正在進行寫操作
Thread-0正在進行寫操作
Thread-0正在進行寫操作
Thread-0正在進行寫操作
Thread-0正在進行寫操作
Thread-0正在進行寫操作
Thread-0正在進行寫操作
Thread-0正在進行寫操作
Thread-0正在進行寫操作
Thread-0正在進行寫操作
Thread-0正在進行寫操作
Thread-0正在進行寫操作
Thread-0正在進行寫操作
Thread-0正在進行寫操作
Thread-0正在進行寫操作
Thread-0正在進行寫操作
Thread-0正在進行寫操作
Thread-0正在進行寫操作
Thread-0正在進行寫操作
Thread-0正在進行寫操作
Thread-0正在進行寫操作
Thread-0正在進行寫操作
Thread-0正在進行寫操作
Thread-0正在進行寫操作
Thread-0正在進行寫操作
Thread-0正在進行寫操作
Thread-0正在進行寫操作
Thread-0正在進行寫操作
Thread-0正在進行寫操作
Thread-0正在進行寫操作
Thread-0正在進行寫操作
Thread-0正在進行寫操作
Thread-0正在進行寫操作
Thread-0正在進行寫操作
Thread-0正在進行寫操作
Thread-0正在進行寫操作
Thread-0正在進行寫操作
Thread-0寫操作完畢

可以看到，當Thread-0進行讀操作時，Thread-1也可以進行讀操作，而寫操作不能同時進行。

注意：

如果有一個線程已經占用了讀鎖，則此時其他線程如果要申請寫鎖，則申請寫鎖的線程會一直等待釋放讀鎖。

如果有一個線程已經占用了寫鎖，則此時其他線程如果申請寫鎖或者讀鎖，則申請的線程會一直等待釋放寫鎖。

3.Lock和synchronized的選擇

1）Lock是一個接口，而synchronized是Java中的關鍵字，synchronized是內置的語言實現；

2）synchronized在發生異常時，會自動釋放線程占有的鎖，因此不會導致死鎖現象發生；而Lock在發生異常時，如果沒有主動通過unLock()去釋放鎖，則很可能造成死鎖現象，因此使用Lock時需要在finally塊中釋放鎖；

3）Lock可以讓等待鎖的線程響應中斷，而synchronized卻不行，使用synchronized時，等待的線程會一直等待下去，不能夠響應中斷；

4）通過Lock可以知道有沒有成功獲取鎖，而synchronized卻無法辦到（tryLock）。

5）Lock可以提高多個線程進行讀操作的效率（讀寫鎖）。

6) Lock可以實現公平鎖，Synchronized不保證公平性。

在性能上來說，如果競爭資源不激烈，兩者的性能是差不多的，而當競爭資源非常激烈時（即有大量線程同時競爭），此時Lock的性能要遠遠優於synchronized。所以說，在具體使用時要根據適當情況選擇。

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