Java - "JUC" ReentrantLock获取锁
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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了Java - "JUC" ReentrantLock获取锁相关的知识，希望对你有一定的参考价值。
【Java并发编程实战】-----“J.U.C”：ReentrantLock之一简介
ReentrantLock介绍
ReentrantLock是一个可重入的互斥锁，又被称为“独占锁”。
顾名思义，ReentrantLock锁在同一个时间点只能被一个线程锁持有；而可重入的意思是，ReentrantLock锁，可以被单个线程多次获取。
ReentrantLock分为“公平锁”和“非公平锁”。它们的区别体现在获取锁的机制上是否公平。“锁”是为了保护竞争资源，防止多个线程同时操作线程而出错，ReentrantLock在同一个时间点只能被一个线程获取(当某线程获取到“锁”时，其它线程就必须等待)；ReentraantLock是通过一个FIFO的等待队列来管理获取该锁所有线程的。在“公平锁”的机制下，线程依次排队获取锁；而“非公平锁”在锁是可获取状态时，不管自己是不是在队列的开头都会获取锁。
注：由于要介绍ReentrantLock的东西太多了，免得各位客官看累，所以分三篇博客来阐述。本篇博客介绍ReentrantLock基本内容，后两篇博客从源码级别分别阐述ReentrantLock的lock、unlock实现机制。
ReentrantLock，可重入的互斥锁，是一种递归无阻塞的同步机制。它可以等同于synchronized的使用，但是ReentrantLock提供了比synchronized更强大、灵活的锁机制，可以减少死锁发生的概率。
对于ReentrantLock,官方有详细的说明：一个可重入的互斥锁定 Lock，它具有与使用 synchronized 方法和语句所访问的隐式监视器锁定相同的一些基本行为和语义，但功能更强大。ReentrantLock 将由最近成功获得锁定，并且还没有释放该锁定的线程所拥有。当锁定没有被另一个线程所拥有时，调用 lock 的线程将成功获取该锁定并返回。如果当前线程已经拥有该锁定，此方法将立即返回。可以使用 isHeldByCurrentThread() 和 getHoldCount() 方法来检查此情况是否发生。
ReentrantLock提供公平锁机制，构造方法接收一个可选的公平参数。当设置为true时，它是公平锁，这些所将访问权授予等待时间最长的线程。否则该锁将无法保证线程获取锁的访问顺序。但是公平锁与非公平锁相比，公平锁的程序在许多线程访问时表现为很低的总体吞吐量。
ReentrantLock示例
通过对比“示例1”和“示例2”,我们能够清晰的认识lock和unlock的作用
示例1
1 import java.util.concurrent.locks.Lock; 2 import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock; 3 4 // LockTest1.java 5 // 仓库 6 class Depot { 7 private int size; // 仓库的实际数量 8 private Lock lock; // 独占锁 9 10 public Depot() { 11 this.size = 0; 12 this.lock = new ReentrantLock(); 13 } 14 15 public void produce(int val) { 16 lock.lock(); 17 try { 18 size += val; 19 System.out.printf("%s produce(%d) --> size=%d\\n", 20 Thread.currentThread().getName(), val, size); 21 } finally { 22 lock.unlock(); 23 } 24 } 25 26 public void consume(int val) { 27 lock.lock(); 28 try { 29 size -= val; 30 System.out.printf("%s consume(%d) <-- size=%d\\n", 31 Thread.currentThread().getName(), val, size); 32 } finally { 33 lock.unlock(); 34 } 35 } 36 }; 37 38 // 生产者 39 class Producer { 40 private Depot depot; 41 42 public Producer(Depot depot) { 43 this.depot = depot; 44 } 45 46 // 消费产品：新建一个线程向仓库中生产产品。 47 public void produce(final int val) { 48 new Thread() { 49 public void run() { 50 depot.produce(val); 51 } 52 }.start(); 53 } 54 } 55 56 // 消费者 57 class Customer { 58 private Depot depot; 59 60 public Customer(Depot depot) { 61 this.depot = depot; 62 } 63 64 // 消费产品：新建一个线程从仓库中消费产品。 65 public void consume(final int val) { 66 new Thread() { 67 public void run() { 68 depot.consume(val); 69 } 70 }.start(); 71 } 72 } 73 74 public class LockTest1 { 75 public static void main(String[] args) { 76 Depot mDepot = new Depot(); 77 Producer mPro = new Producer(mDepot); 78 Customer mCus = new Customer(mDepot); 79 80 mPro.produce(60); 81 mPro.produce(120); 82 mCus.consume(90); 83 mCus.consume(150); 84 mPro.produce(110); 85 } 86 }
运行结果：
Thread-0 produce(60) --> size=60 Thread-1 produce(120) --> size=180 Thread-3 consume(150) <-- size=30 Thread-2 consume(90) <-- size=-60 Thread-4 produce(110) --> size=50
结果分析：
(01) Depot 是个仓库。通过produce()能往仓库中生产货物，通过consume()能消费仓库中的货物。通过独占锁lock实现对仓库的互斥访问：在操作(生产/消费)仓库中货品前，会先通过lock()锁住仓库，操作完之后再通过unlock()解锁。
(02) Producer是生产者类。调用Producer中的produce()函数可以新建一个线程往仓库中生产产品。
(03) Customer是消费者类。调用Customer中的consume()函数可以新建一个线程消费仓库中的产品。
(04) 在主线程main中，我们会新建1个生产者mPro，同时新建1个消费者mCus。它们分别向仓库中生产/消费产品。
根据main中的生产/消费数量，仓库最终剩余的产品应该是50。运行结果是符合我们预期的！
这个模型存在两个问题：
(01) 现实中，仓库的容量不可能为负数。但是，此模型中的仓库容量可以为负数，这与现实相矛盾！
(02) 现实中，仓库的容量是有限制的。但是，此模型中的容量确实没有限制的！
这两个问题，我们稍微会讲到如何解决。现在，先看个简单的示例2；通过对比“示例1”和“示例2”,我们能更清晰的认识lock(),unlock()的用途。
示例2
1 import java.util.concurrent.locks.Lock; 2 import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock; 3 4 // LockTest2.java 5 // 仓库 6 class Depot { 7 private int size; // 仓库的实际数量 8 private Lock lock; // 独占锁 9 10 public Depot() { 11 this.size = 0; 12 this.lock = new ReentrantLock(); 13 } 14 15 public void produce(int val) { 16 // lock.lock(); 17 // try { 18 size += val; 19 System.out.printf("%s produce(%d) --> size=%d\\n", 20 Thread.currentThread().getName(), val, size); 21 // } catch (InterruptedException e) { 22 // } finally { 23 // lock.unlock(); 24 // } 25 } 26 27 public void consume(int val) { 28 // lock.lock(); 29 // try { 30 size -= val; 31 System.out.printf("%s consume(%d) <-- size=%d\\n", 32 Thread.currentThread().getName(), val, size); 33 // } finally { 34 // lock.unlock(); 35 // } 36 } 37 }; 38 39 // 生产者 40 class Producer { 41 private Depot depot; 42 43 public Producer(Depot depot) { 44 this.depot = depot; 45 } 46 47 // 消费产品：新建一个线程向仓库中生产产品。 48 public void produce(final int val) { 49 new Thread() { 50 public void run() { 51 depot.produce(val); 52 } 53 }.start(); 54 } 55 } 56 57 // 消费者 58 class Customer { 59 private Depot depot; 60 61 public Customer(Depot depot) { 62 this.depot = depot; 63 } 64 65 // 消费产品：新建一个线程从仓库中消费产品。 66 public void consume(final int val) { 67 new Thread() { 68 public void run() { 69 depot.consume(val); 70 } 71 }.start(); 72 } 73 } 74 75 public class LockTest2 { 76 public static void main(String[] args) { 77 Depot mDepot = new Depot(); 78 Producer mPro = new Producer(mDepot); 79 Customer mCus = new Customer(mDepot); 80 81 mPro.produce(60); 82 mPro.produce(120); 83 mCus.consume(90); 84 mCus.consume(150); 85 mPro.produce(110); 86 } 87 }
(某一次)运行结果：
Thread-0 produce(60) --> size=-60 Thread-4 produce(110) --> size=50 Thread-2 consume(90) <-- size=-60 Thread-1 produce(120) --> size=-60 Thread-3 consume(150) <-- size=-60
结果说明：
“示例2”在“示例1”的基础上去掉了lock锁。在“示例2”中，仓库中最终剩余的产品是-60，而不是我们期望的50。原因是我们没有实现对仓库的互斥访问。
示例3
在“示例3”中，我们通过Condition去解决“示例1”中的两个问题：“仓库的容量不可能为负数”以及“仓库的容量是有限制的”。
解决该问题是通过Condition。Condition是需要和Lock联合使用的：通过Condition中的await()方法，能让线程阻塞[类似于wait()]；通过Condition的signal()方法，能让唤醒线程[类似于notify()]。
1 import java.util.concurrent.locks.Lock; 2 import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock; 3 import java.util.concurrent.locks.Condition; 4 5 // LockTest3.java 6 // 仓库 7 class Depot { 8 private int capacity; // 仓库的容量 9 private int size; // 仓库的实际数量 10 private Lock lock; // 独占锁 11 private Condition fullCondtion; // 生产条件 12 private Condition emptyCondtion; // 消费条件 13 14 public Depot(int capacity) { 15 this.capacity = capacity; 16 this.size = 0; 17 this.lock = new ReentrantLock(); 18 this.fullCondtion = lock.newCondition(); 19 this.emptyCondtion = lock.newCondition(); 20 } 21 22 public void produce(int val) { 23 lock.lock(); 24 try { 25 // left 表示“想要生产的数量”(有可能生产量太多，需多此生产) 26 int left = val; 27 while (left > 0) { 28 // 库存已满时，等待“消费者”消费产品。 29 while (size >= capacity) 30 fullCondtion.await(); 31 // 获取“实际生产的数量”(即库存中新增的数量) 32 // 如果“库存”+“想要生产的数量”>“总的容量”，则“实际增量”=“总的容量”-“当前容量”。(此时填满仓库) 33 // 否则“实际增量”=“想要生产的数量” 34 int inc = (size+left)>capacity ? (capacity-size) : left; 35 size += inc; 36 left -= inc; 37 System.out.printf("%s produce(%3d) --> left=%3d, inc=%3d, size=%3d\\n", 38 Thread.currentThread().getName(), val, left, inc, size); 39 // 通知“消费者”可以消费了。 40 emptyCondtion.signal(); 41 } 42 } catch (InterruptedException e) { 43 } finally { 44 lock.unlock(); 45 } 46 } 47 48 public void consume(int val) { 49 lock.lock(); 50 try { 51 // left 表示“客户要消费数量”(有可能消费量太大，库存不够，需多此消费) 52 int left = val; 53 while (left > 0) { 54 // 库存为0时，等待“生产者”生产产品。 55 while (size <= 0) 56 emptyCondtion.await(); 57 // 获取“实际消费的数量”(即库存中实际减少的数量) 58 // 如果“库存”<“客户要消费的数量”，则“实际消费量”=“库存”； 59 // 否则，“实际消费量”=“客户要消费的数量”。 60 int dec = (size<left) ? size : left; 61 size -= dec; 62 left -= dec; 63 System.out.printf("%s consume(%3d) <-- left=%3d, dec=%3d, size=%3d\\n", 64 Thread.currentThread().getName(), val, left, dec, size); 65 fullCondtion.signal(); 66 } 67 } catch (InterruptedException e) { 68 } finally { 69 lock.unlock(); 70 } 71 } 72 73 public String toString() { 74 return "capacity:"+capacity+", actual size:"+size; 75 } 76 }; 77 78 // 生产者 79 class Producer { 80 private Depot depot; 81 82 public Producer(Depot depot) { 83 this.depot = depot; 84 } 85 86 // 消费产品：新建一个线程向仓库中生产产品。 87 public Java - "JUC" ReentrantLock释放锁Java - "JUC线程池" Callable与Future