关于ReentrantLock

Posted 2021-02-19 zjoe80

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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了关于ReentrantLock相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

一.ReentrantLock是什么

ReentrantLock是一个可重入的互斥锁（Reentrant就是再次进入的意思），又被称为“独占锁”。它添加了类似锁投票、定时锁等候和可中断锁等候的一些特性。

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）。但是它可以被单个线程多次获取，每获取一次AQS的state就加1，每释放一次state就减1。

ReentrantLock分为“公平锁”和“非公平锁”。在公平锁上，线程按照他们发出请求的顺序获取锁，但在非公平锁上则允许“插队”。

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。

二.ReentrantLock能做什么

1、可中断锁的同步执行

synchronized关键字只能支持单条件（condition）、比如10个线程都在等待synchronized块锁定的资源、如果一直锁定、则其他线程都得不到释放从而引起死锁；

而同样的情况使用ReentrantLock、则允许其他线程中断放弃尝试。reentrantlock本身支持多wait/notify队列、它可以指定notify某个线程。

ReentrantLock lock = new ReentrantLock(true); //公平锁  
lock.lockInterruptibly();  
try {  
    //操作  
} catch (InterruptedException e) {  
    e.printStackTrace();  
} finally {  
    lock.unlock();  
}

2、防止重复执行（忽略重复触发）

ReentrantLock lock = new ReentrantLock();  
if (lock.tryLock()) {  //如果已经被lock，则立即返回false不会等待，达到忽略操作的效果   
    try {  
        //操作  
    } finally {  
        lock.unlock();  
    }  
}

3、同步执行，类似synchronized

ReentrantLock lock = new ReentrantLock(); //参数默认false，不公平锁  
ReentrantLock lock = new ReentrantLock(true); //公平锁  
  
lock.lock(); //如果被其它资源锁定，会在此等待锁释放，达到暂停的效果  
try {  
    //操作  
} finally {  
    lock.unlock();  
}

4、尝试等待执行

通过tryLock方法来实现，可以选择传入时间参数，表示等待指定的时间，无参则表示立即返回锁申请的结果：true表示获取锁成功，false表示获取锁失败。可以将这种方法用来解决死锁问题。

ReentrantLock lock = new ReentrantLock(true); //公平锁  
try {  
    if (lock.tryLock(5, TimeUnit.SECONDS)) {      
        //如果已经被lock，尝试等待5s，看是否可以获得锁，如果5s后仍然无法获得锁则返回false继续执行  
        try {  
            //操作  
        } finally {  
            lock.unlock();  
        }  
    }  
} catch (InterruptedException e) {  
    e.printStackTrace(); //当前线程被中断时(interrupt)，会抛InterruptedException                   
}

5、可轮询

比如：一个转账的操作，要么在规定的时间内完成，要么在规定的时间内告诉调用者，操作没有完成。

这个例子就是要了ReentrantLock的可轮询特性，就是在规定的时间内，反复去试图获得一个锁，如果获得成功，就能完成转账操作，如果在规定的时间内，没有获得这个锁，那么就是转账失败。

如果使用synchronized的话，肯定是无法做到的。

三.ReentrantLock原理

1、在Java中通常实现锁有两种方式，一种是synchronized关键字，另一种是Lock。二者其实并没有什么必然联系，但是各有各的特点。

synchronized是基于JVM层面实现的，而Lock是基于JDK层面实现的，通过阅读JDK的源码来理解Lock的实现。

Lock是比较复杂的，需要lock和realse，如果忘记释放锁就会产生死锁的问题，所以，通常需要在finally中进行锁的释放。

但是synchronized的使用十分简单，只需要对自己的方法或者关注的同步对象或类使用synchronized关键字即可。

但是对于锁的粒度控制比较粗，同时对于实现一些锁的状态的转移比较困难。

在JDK1.5之后synchronized引入了偏向锁，轻量级锁和重量级锁，从而大大的提高了synchronized的性能。

Lock的实现主要有ReentrantLock、ReadLock和WriteLock，后两者用的不多。

ReentrantLock类在java.util.concurrent.locks包中，它的上一级的包java.util.concurrent主要是常用的并发控制类.

2、ReentrantLock是JDK1.5引入的，ReentrantLock的实现基于AQS(AbstractQueuedSynchronizer)和LockSupport。

AQS主要利用硬件原语指令(CAS compare-and-swap)，来实现轻量级多线程同步机制，并且不会引起CPU上文切换和调度，

同时提供内存可见性和原子化更新保证（线程安全的三要素：原子性、可见性、顺序性）。

AQS的本质上是一个同步器/阻塞锁的基础框架，其作用主要是提供加锁、释放锁，并在内部维护一个FIFO等待队列，用于存储由于锁竞争而阻塞的线程。

3、ReentrantLock具有公平和非公平两种模式

关于公平性：

在new ReentrantLock的时候，有一个构造函数是带boolean类型的。这个参数告诉ReentrantLock是构造一个公平的锁还是不公平的锁。

其实这里的公平性是指获取锁的时候，是否允许插队。允许插队，就是创建了不公平的锁。并且，ReentrantLock默认采用的是不公平的锁。

为啥采用不公平的锁呢？应该先到先得嘛。

原因在于线程挂起。当多个线程同时请求一个锁时，未获得锁的线程B会被挂起，当锁被线程A释放时，刚好来了一个线程C，那么操作系统就需要选择，

第一，从挂起的队列中选择一个线程B，按照先到先得的原则，将锁交给它。

但是这需要很大的开销，因为那个线程B很可能正睡觉呢，或者还在做美梦呢，叫醒它还得让它热热身，等他来接锁的时候，可能黄花菜都凉了。

第二种选择，就是将锁交给刚好到来的这个线程C，刚到的线C程拿到锁就能使用。为了提高性能，操作系统选择第二个选择。

说到公平性，JDK的synchronized锁也是采用的非公平锁。

（1）公平锁

公平锁的优点是等待锁的线程不会夯死。缺点是吞吐效率相对非公平锁要低，等待队列中除第一个线程以外的所有线程都会阻塞，CPU唤醒阻塞线程的开销比非公平锁大。

公平锁是严格的以FIFO的方式进行锁的竞争，但是非公平锁是无序的锁竞争，刚释放锁的线程很大程度上能比较快的获取到锁，队列中的线程只能等待，

（1）非公平锁

非公平锁是多个线程加锁时直接尝试获取锁，获取不到才会到等待队列的队尾等待。但如果此时锁刚好可用，那么这个线程可以无需阻塞直接获取到锁，

所以非公平锁有可能出现后申请锁的线程先获取锁的场景。

非公平锁可能会有“饥饿”的问题。但是重复的锁获取能减小线程之间的切换，而公平锁则是严格的线程切换，这样对操作系统的影响是比较大的，

所以非公平锁的吞吐量是大于公平锁的，这也是为什么JDK将非公平锁作为默认的实现。

四.ReentrantLock使用

阻塞队列是一种特殊的先进先出队列，它有以下几个特点：

（1）入队和出队线程安全

（2）当队列满时,入队线程会被阻塞;当队列为空时,出队线程会被阻塞。

阻塞队列的简单实现代码：

public class MyBlockingQueue<E> {

    int size;//阻塞队列最大容量

    ReentrantLock lock = new ReentrantLock();

    LinkedList<E> list=new LinkedList<>();//队列底层实现

    Condition notFull = lock.newCondition();//队列满时的等待条件
    Condition notEmpty = lock.newCondition();//队列空时的等待条件

    public MyBlockingQueue(int size) {
        this.size = size;
    }

    public void enqueue(E e) throws InterruptedException {
        lock.lock();
        try {
            while (list.size() ==size)//队列已满,在notFull条件上等待
                notFull.await();
            list.add(e);//入队:加入链表末尾
            System.out.println("入队：" +e);
            notEmpty.signal(); //通知在notEmpty条件上等待的线程
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }

    public E dequeue() throws InterruptedException {
        E e;
        lock.lock();
        try {
            while (list.size() == 0)//队列为空,在notEmpty条件上等待
                notEmpty.await();
            e = list.removeFirst();//出队:移除链表首元素
            System.out.println("出队："+e);
            notFull.signal();//通知在notFull条件上等待的线程
            return e;
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }
}

测试代码：

public static void main(String[] args) throws InterruptedException {

    MyBlockingQueue<Integer> queue = new MyBlockingQueue<>(2);
    for (int i = 0; i < 10; i++) {
        int data = i;
        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                try {
                    queue.enqueue(data);
                } catch (InterruptedException e) {

                }
            }
        }).start();

    }
    for(int i=0;i<10;i++){
        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                try {
                    Integer data = queue.dequeue();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }).start();
    }

}