Java中關於Lock的理解

 

       學過java的人都知道，在並發編程中，我們可以通過使用關鍵字synchronized來實現同步訪問（不知道的站牆角反省去）。從Java 5之后，在java.util.concurrent.locks包下提供了另外一種方式來實現同步訪問，那就是Lock。有那么問題來了，既然都可以通過synchronized來實現同步訪問了，那么為什么還需要提供Lock？既然這兩種同步機制有什么區別呢？

　　以下是本文目錄大綱：

　　一.synchronized的缺陷

　　二.java.util.concurrent.locks包下常用的類

 

一.synchronized的缺陷

　　synchronized是java中的一個關鍵字，也就是說是Java語言內置的特性。那么為什么會出現Lock呢？

　　一個代碼塊被synchronized修飾了，當一個線程獲取了對應的鎖，並執行該代碼塊時，其他線程便只能一直等待，等待獲取鎖的線程釋放鎖，而這里獲取鎖的線程釋放鎖只會有兩種情況：

　　1）獲取鎖的線程執行完了該代碼塊，然后線程釋放對鎖的占有；

　　2）線程執行發生異常，此時JVM會讓線程自動釋放鎖。

       關於synchronized同步機制，考慮一下下面這兩種情況：

• 某個已經獲得鎖的線程由於要等待IO或者其他原因（比如調用sleep方法）被阻塞了，但是又沒有釋放鎖，其他想要獲取鎖的線程便只能一直阻塞，直到獲得鎖的線程釋放鎖了才能進入到同步代碼塊。

          因此就需要有一種機制可以不讓等待的線程一直無期限地等待下去（比如只等待一定的時間或者能夠響應中斷），通過Lock就可以辦到。

• 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。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。

　　總結一下，也就是說Lock提供了比synchronized更多的功能。但是要注意以下幾點：

　　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是一個接口，通過這個接口的實現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。

二.java.util.concurrent.locks包下常用的類

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();
}

通過代碼我們知道，Lock是一個接口，里面定義了獲取鎖，釋放鎖等相關的抽象方法。下面來逐個講述Lock接口中每個方法的使用：

lock()、tryLock()、tryLock(long time, TimeUnit unit)和lockInterruptibly()是用來獲取鎖的，他們有什么區別呢？

1. lock()方法是用來獲取鎖的，是我們平時使用最多的一個方法，如果鎖已被其他線程獲取，則進行等待。我們之前說過了，使用lock獲取鎖的時候，必須手動釋放鎖，並且在發生異常的時候，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。一般按照下面的方式使用：

Lock lock = ...; //聲明鎖
lock.lock(); //獲得鎖
try{
    //處理任務
}catch(Exception ex){
     
}finally{
    lock.unlock();   //釋放鎖
}

       2.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。

       3.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。

         一般按照下面的方式使用：

Lock lock = ...;
if(lock.tryLock()) {
     try{
         //處理任務
     }catch(Exception ex){
         
     }finally{
         lock.unlock();   //釋放鎖
     } 
}else {
    //如果不能獲取鎖，則直接做其他事情
}

         4.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只有在等待，那么對線程B調用threadB.interrupt()方法能夠中斷線程B的等待過程。

　　     由於lockInterruptibly()的聲明中拋出了異常，所以lock.lockInterruptibly()必須放在try塊中或者在調用lockInterruptibly()的方法外聲明拋出InterruptedException。

            一般按照下面的方式使用：

public void method() throws InterruptedException {
    lock.lockInterruptibly();
    try {  
     //.....
    }
    finally {
        lock.unlock();
    }  
}

　　注意，當一個線程獲取了鎖之后，是不會被interrupt()方法中斷的。因為本身在前面的文章中講過單獨調用interrupt()方法不能中斷正在運行過程中的線程，只能中斷阻塞過程中的線程。

　　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。

2.ReentrantLock可重入鎖

   何為可重入鎖？

   當一個線程獲得了當前實例的鎖，並進入方法A，這個線程在沒有釋放這把鎖的時候，可以再次進入方法A。

  ReentrantLock是唯一實現Lock接口的類，並且ReentrantLock提供了更多的方法。下面通過一些實例看具體看一下如何使用ReentrantLock。

public class Test {
    private ArrayList<Integer> arrayList = new ArrayList<Integer>();
    private Lock lock = new ReentrantLock();    //注意這個地方
    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();
        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();
        }
    }
}

2. ReadWriteLock讀寫鎖接口

ReadWriteLock也是一個接口，在它里面只定義了兩個方法：

public interface ReadWriteLock {

    Lock readLock();
 
    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。

3.ReentrantReadWriteLock讀寫鎖實現類

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()+"正在進行讀操作");
            }
            System.out.println(thread.getName()+"讀操作完畢");
        } finally {
            rwl.readLock().unlock();
        }
    }
}

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。

4.Lock和synchronized的選擇

   總結來說，Lock和synchronized有以下幾點不同：

　　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。

　　5）Lock可以提高多個線程進行讀操作的效率。

　　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。