java 多线程 19： ReentrantLock 与 Condition

Posted 2020-09-06 立心

ReentrantLock

ReentrantLock，一个可重入的互斥锁，它具有与使用synchronized方法和语句所访问的隐式监视器锁相同的一些基本行为和语义，但功能更强大。

ReentrantLock基本用法

先来看一下ReentrantLock的基本用法：

public class ThreadDomain38
{
    private Lock lock = new ReentrantLock();
    
    public void testMethod()
    {
        try
        {
            lock.lock();
            for (int i = 0; i < 2; i++)
            {
                System.out.println("ThreadName = " + Thread.currentThread().getName() + 
                        ", i  = " + i);
            }
        }
        finally
        {
            lock.unlock();
        }
    }
}

public class MyThread38 extends Thread
{
    private ThreadDomain38 td;
    
    public MyThread38(ThreadDomain38 td)
    {
        this.td = td;
    }
    
    public void run()
    {
        td.testMethod();
    }
}

public static void main(String[] args)
{
    ThreadDomain38 td = new ThreadDomain38();
    MyThread38 mt0 = new MyThread38(td);
    MyThread38 mt1 = new MyThread38(td);
    MyThread38 mt2 = new MyThread38(td);
    mt0.start();
    mt1.start();
    mt2.start();
}

看一下运行结果：

ThreadName = Thread-1, i  = 0
ThreadName = Thread-1, i  = 1
ThreadName = Thread-0, i  = 0
ThreadName = Thread-0, i  = 1
ThreadName = Thread-2, i  = 0
ThreadName = Thread-2, i  = 1

没有任何的交替，数据都是分组打印的，说明了一个线程打印完毕之后下一个线程才可以获得锁去打印数据，这也证明了ReentrantLock具有加锁的功能

 

ReentrantLock持有的对象监视器非当前类的对象

前面已经证明了ReentrantLock具有加锁功能，但我们还不知道ReentrantLock持有的是什么锁，因此写个例子看一下：

public class ThreadDomain39
{
    private Lock lock = new ReentrantLock();
    
    public void methodA()
    {
        try
        {
            lock.lock();
            System.out.println("MethodA begin ThreadName = " + Thread.currentThread().getName());
            Thread.sleep(5000);
            System.out.println("MethodA end ThreadName = " + Thread.currentThread().getName());
        }
        catch (InterruptedException e)
        {
            e.printStackTrace();
        }
        finally
        {
            lock.unlock();
        }
        
    }
    
    public void methodB()
    {
        lock.lock();
        System.out.println("MethodB begin ThreadName = " + Thread.currentThread().getName());
        System.out.println("MethodB begin ThreadName = " + Thread.currentThread().getName());
        lock.unlock();
    }
}

写两个线程分别调用methodA()和methodB()方法：

public class MyThread39_0 extends Thread
{
    private ThreadDomain39 td;
    
    public MyThread39_0(ThreadDomain39 td)
    {
        this.td = td;
    }
    
    public void run()
    {
        td.methodA();
    }
}

public class MyThread39_1 extends Thread
{
    private ThreadDomain39 td;
    
    public MyThread39_1(ThreadDomain39 td)
    {
        this.td = td;
    }
    
    public void run()
    {
        td.methodB();
    }
}

写一个main函数启动这两个线程：

public static void main(String[] args)
{
    ThreadDomain39 td = new ThreadDomain39();
    MyThread39_0 mt0 = new MyThread39_0(td);
    MyThread39_1 mt1 = new MyThread39_1(td);
    mt0.start();
    mt1.start();
}

看一下运行结果：

MethodB begin ThreadName = Thread-1
MethodB begin ThreadName = Thread-1
MethodA begin ThreadName = Thread-0
MethodA end ThreadName = Thread-0

看不见时间，不过第四确实是格了5秒左右才打印出来的。从结果来看，已经证明了ReentrantLock持有的是对象监视器，可以写一段代码进一步证明这一结论，即去掉methodB()内部和锁相关的代码，只留下两句打印语句：

MethodA begin ThreadName = Thread-0
MethodB begin ThreadName = Thread-1
MethodB begin ThreadName = Thread-1
MethodA end ThreadName = Thread-0

看到交替打印了，进一步证明了ReentrantLock持有的是"对象监视器"的结论。

不过注意一点，ReentrantLock虽然持有对象监视器，但是和synchronized持有的对象监视器不是一个意思，虽然我也不清楚两个持有的对象监视器有什么区别，不过把methodB()方法用synchronized修饰，methodA()不变，两个方法还是异步运行的，所以就记一个结论吧----ReentrantLock和synchronized持有的对象监视器不同，可以理解为ReentrantLock锁的就是lock这个对象，而synchronized锁的是当前这个类。的对象

另外，千万别忘了，ReentrantLock持有的锁是需要手动去unlock()的

Condition

synchronized与wait()和nitofy()/notifyAll()方法相结合可以实现等待/通知模型，ReentrantLock同样可以，但是需要借助Condition，且Condition有更好的灵活性，具体体现在：

1、一个Lock里面可以创建多个Condition实例，实现多路通知

2、notify()方法进行通知时，被通知的线程时Java虚拟机随机选择的，但是ReentrantLock结合Condition可以实现有选择性地通知，这是非常重要的

看一下利用Condition实现等待/通知模型的最简单用法，下面的代码注意一下，await()和signal()之前，必须要先lock()获得锁，使用完毕在finally中unlock()释放锁，这和wait()/notify()/notifyAll()使用前必须先获得对象锁是一样的：

public class ThreadDomain40
{
    private Lock lock = new ReentrantLock();
    private Condition condition = lock.newCondition();
    
    public void await()
    {
        try
        {
            lock.lock();
            System.out.println("await时间为：" + System.currentTimeMillis());
            condition.await();
            System.out.println("await等待结束");
        }
        catch (InterruptedException e)
        {
            e.printStackTrace();
        }
        finally
        {
            lock.unlock();
        }
    }
    
    public void signal()
    {
        try
        {
            lock.lock();
            System.out.println("signal时间为：" + System.currentTimeMillis());
            condition.signal();
        }
        finally
        {
            lock.unlock();
        }
    }
}

public class MyThread40 extends Thread
{
    private ThreadDomain40 td;
    
    public MyThread40(ThreadDomain40 td)
    {
        this.td = td;
    }
    
    public void run()
    {
        td.await();
    }
}

public static void main(String[] args) throws Exception
{
    ThreadDomain40 td = new ThreadDomain40();
    MyThread40 mt = new MyThread40(td);
    mt.start();
    Thread.sleep(3000);
    td.signal();
}

看一下运行结果：

await时间为：1443970329524
signal时间为：1443970332524
await等待结束

差值是3000毫秒也就是3秒，符合代码预期，成功利用ReentrantLock的Condition实现了等待/通知模型。其实这个例子还证明了一点，Condition的await()方法是释放锁的，原因也很简单，要是await()方法不释放锁，那么signal()方法又怎么能调用到Condition的signal()方法呢？

注意要是用一个Condition的话，那么多个线程被该Condition给await()后，调用Condition的signalAll()方法唤醒的是所有的线程。如果想单独唤醒部分线程该怎么办呢？new出多个Condition就可以了，这样也有助于提升程序运行的效率。使用多个Condition的场景是很常见的，像ArrayBlockingQueue里就有。

Condition可以理解为，当Condition声明多个的时候，一个lock里面有分支来判断唤醒哪个Condition，但是多个Condition只是共享一个锁的监视器的，这个wait一样，不同的是wait只支持一个对象就是当前锁对象，而Condition支持多个就是当前Condition这个对象和lock绑在一起。

注意这里如果是用Condition 实现生产消费模型，同理也是要使用signalAll()方法进行全部唤醒，否则也会出现线程假死情况，还可以分两个Condition ，一个代表生产者，一个代表消费者，唤醒停止对应的Condition 就可以不用signalAll