Lock锁的使用

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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Lock锁的使用相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

   在Java多线程中，可以使用synchronized关键字实现线程之间的同步互斥，在jdk1.5后新增的ReentrantLock类同样可达到此效果，且在使用上比synchronized更加灵活。

观察ReentrantLock类可以发现其实现了Lock接口

public class ReentrantLock implements Lock,java.io.Serializable

1、使用ReentrantLock实现同步

   lock()方法:上锁

   unlock()方法：释放锁

  1. /*
  2.  * 使用ReentrantLock类实现同步
  3.  * */
  4. class MyReenrantLock implements Runnable{
  5. 	//向上转型
  6. 	private Lock lock = new ReentrantLock();
  7. 	public void run() {
  8. 		//上锁
  9. 		lock.lock();
  10. 		for(int i = 0; i < 5; i++) {
  11. 			System.out.println("当前线程名： "+ Thread.currentThread().getName()+" ,i = "+i);
  12. 		}
  13. 		//释放锁
  14. 		lock.unlock();
  15. 	}
  16. }
  17. public class MyLock {
  18. 	public static void main(String[] args) {
  19. 		MyReenrantLock myReenrantLock =  new MyReenrantLock();
  20. 		Thread thread1 = new Thread(myReenrantLock);
  21. 		Thread thread2 = new Thread(myReenrantLock);
  22. 		Thread thread3 = new Thread(myReenrantLock);
  23. 		thread1.start();
  24. 		thread2.start();
  25. 		thread3.start();
  26. 	}
  27. }

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由此我们可以看出，只有当当前线程打印完毕后，其他的线程才可继续打印，线程打印的数据是分组打印，因为当前线程持有锁，但线程之间的打印顺序是随机的。

即调用lock.lock()代码的线程就持有了“对象监视器”，其他线程只有等待锁被释放再次争抢。

2、使用Condition实现等待/通知

synchronized关键字结合wait()和notify()及notifyAll()方法的使用可以实现线程的等待与通知模式。在使用notify()、notifyAll()方法进行通知时，被通知的线程是JVM随机选择的。

类ReentrantLock类同样可以实现该功能，需要借助Condition对象，可实现“选择性通知”。Condition类是jdk1.5提供的，且在一个Lock对象中可以创建多个Condition(对象监视器)实例。

Condition类的await():是当前执行任务的线程处于等待状态

  1. /*
  2.  * 错误的使用Condition实现等待、通知
  3.  * */
  4. class MyCondition implements Runnable{
  5. 	private Lock lock = new ReentrantLock();
  6. 	public Condition condition = lock.newCondition();
  7. 	public void run() {
  8. 		try {
  9. 			System.out.println("当前线程名:"+Thread.currentThread().getName()+" 开始等待时间："+System.currentTimeMillis());
  10. 			//线程等待
  11. 			condition.await();
  12. 			System.out.println("我陷入了等待...");
  13. 		} catch (InterruptedException e) {
  14. 			e.printStackTrace();
  15. 		}
  16. 	}
  17. }
  18. public class MyLock{
  19. 	public static void main(String[] args) {
  20. 		MyCondition myCondition = new MyCondition();
  21. 		Thread thread1 = new Thread(myCondition,"线程1");
  22. 		thread1.start();
  23. 	}
  24. }
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观察运行结果可以发现，报出监视器出错的异常，解决的办法是我们必须在condition.await()方法调用前用lock.lock()代码获得同步监视器。对上述代码做出如下修改：

  1. /*
  2.  * 使用Condition实现等待
  3.  * */
  4. class MyCondition implements Runnable{
  5. 	private Lock lock = new ReentrantLock();
  6. 	public Condition condition = lock.newCondition();
  7. 	public void run() {
  8. 		try {
  9. 			//上锁
  10. 			lock.lock();
  11. 			System.out.println("当前线程名:"+Thread.currentThread().getName()+" 开始等待时间："+System.currentTimeMillis());
  12. 			//线程等待
  13. 			condition.await();
  14. 			System.out.println("我陷入了等待...");
  15. 		} catch (InterruptedException e) {
  16. 			e.printStackTrace();
  17. 		}finally {
  18. 			//释放锁
  19. 			lock.unlock();
  20. 			System.out.println("锁释放了!");
  21. 		}
  22. 	}
  23. }
  24. public class MyLock{
  25. 	public static void main(String[] args) {
  26. 		MyCondition myCondition = new MyCondition();
  27. 		Thread thread1 = new Thread(myCondition,"线程1");
  28. 		thread1.start();
  29. 	}
  30. }

       技术图片

在控制台只打印出一句，原因是调用了Condition对象的await()方法，是的当前执行任务的线程进入等待状态。

Condition类的signal():是当前执行任务的线程处于等待状态

  1. /*
  2.  * 使用Condition实现等待、通知
  3.  * */
  4. class MyCondition implements Runnable{
  5. 	private Lock lock = new ReentrantLock();
  6. 	public Condition condition = lock.newCondition();
  7. 	public void run() {
  8. 		try {
  9. 			//上锁
  10. 			lock.lock();
  11. 			System.out.println(" 开始等待时间："+System.currentTimeMillis());
  12. 			System.out.println("我陷入了等待...");
  13. 			//线程等待
  14. 			condition.await();
  15. 			//释放锁
  16. 			lock.unlock();
  17. 			System.out.println("锁释放了!");
  18. 		} catch (InterruptedException e) {
  19. 			e.printStackTrace();
  20. 		}
  21. 	}
  22. 	//通知方法
  23. 	public void signal(){
  24. 		try {
  25. 			lock.lock();
  26. 			System.out.println("结束等待时间："+System.currentTimeMillis());
  27. 	     	//通知等待线程
  28. 			condition.signal();
  29. 		} finally {
  30. 			lock.unlock();
  31. 		}
  32. 	}
  33. }
  34. public class MyLock{
  35. 	public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
  36. 		MyCondition myCondition = new MyCondition();
  37. 		Thread thread1 = new Thread(myCondition,"线程1");
  38. 		thread1.start();
  39. 		Thread.sleep(3000);
  40. 		myCondition.signal();
  41. 	}
  42. }

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观察结果我们成功地实现了等待通知。

可以得知：Object类中的wait()方法等同于Condition类中的await()方法。

                Object类中的wait(long timeout)方法等同于Condition类中的await(long time,TimeUnit unit)方法。

                Object类中的notify()方法等同于Condition类中的singal()方法。

               Object类中的notifyAll()方法等同于Condition类中的singalAll()方法。

   

3、生产者消费者模式

  1. /*
  2.  * 生产者、消费者模式
  3.  * 一对一交替打印
  4.  * */
  5. class MyServer{
  6. 	private ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
  7. 	public Condition condition = lock.newCondition();
  8. 	public Boolean flag = false;
  9. 	public void set() {
  10. 		try {
  11. 			lock.lock();
  12. 			while(flag == true) {
  13. 				condition.await();
  14. 			}
  15. 			System.out.println("当前线程名："+Thread.currentThread().getName()+" hello");
  16. 			flag = true;
  17. 			condition.signal();
  18. 			} catch (InterruptedException e) {
  19. 			e.printStackTrace();
  20. 		}finally {
  21. 			lock.unlock();
  22. 		}
  23. 	}
  24. 	public void get() {
  25. 		try {
  26. 			lock.lock();
  27. 			while(flag == false) {
  28. 				condition.await();
  29. 			}
  30. 			System.out.println("当前线程名："+Thread.currentThread().getName()+" lemon");
  31. 			flag = false;
  32. 			condition.signal();
  33. 			} catch (InterruptedException e) {
  34. 			e.printStackTrace();
  35. 		}finally {
  36. 			lock.unlock();
  37. 		}
  38. 	}
  39. }
  40. class MyCondition1 extends Thread{
  41. 	private MyServer myServer;
  42. 	public MyCondition1(MyServer myServer) {
  43. 		super();
  44. 		this.myServer = myServer;
  45. 	}
  46. 	public void run() {
  47. 		for(int i = 0 ;i < Integer.MAX_VALUE;i++) {
  48. 			myServer.set();
  49. 		}
  50. 	}	
  51. }
  52. class MyCondition2 extends Thread{
  53. 	private MyServer myServer;
  54. 	public MyCondition2(MyServer myServer) {
  55. 		super();
  56. 		this.myServer = myServer;
  57. 	}
  58. 	public void run() {
  59. 		for(int i = 0 ;i < Integer.MAX_VALUE;i++) {
  60. 			myServer.get();
  61. 		}
  62. 	}	
  63. }
  64. public class MyLock{
  65. 	public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
  66. 		MyServer myServer = new MyServer();
  67. 		MyCondition1  myCondition1 = new MyCondition1(myServer);
  68. 		MyCondition2  myCondition2 = new MyCondition2(myServer);
  69. 		myCondition1.start();
  70. 		myCondition2.start();
  71. 	}
  72. }

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  1. /*
  2.  * 生产者、消费者模式
  3.  * 多对多交替打印
  4.  * */
  5. class MyServer{
  6. 	private ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
  7. 	public Condition condition = lock.newCondition();
  8. 	public Boolean flag = false;
  9. 	public void set() {
  10. 		try {
  11. 			lock.lock();
  12. 			while(flag == true) {
  13. 				System.out.println("可能会有连续的hello进行打印");
  14. 				condition.await();
  15. 			}
  16. 			System.out.println("当前线程名："+Thread.currentThread().getName()+" hello");
  17. 			flag = true;
  18. 			condition.signal();
  19. 			} catch (InterruptedException e) {
  20. 			e.printStackTrace();
  21. 		}finally {
  22. 			lock.unlock();
  23. 		}
  24. 	}
  25. 	public void get() {
  26. 		try {
  27. 			lock.lock();
  28. 			while(flag == false) {
  29. 				System.out.println("可能会有连续的lemon进行打印");
  30. 				condition.await();
  31. 			}
  32. 			System.out.println("当前线程名："+Thread.currentThread().getName()+" lemon");
  33. 			flag = false;
  34. 			condition.signal();
  35. 			} catch (InterruptedException e) {
  36. 			e.printStackTrace();
  37. 		}finally {
  38. 			lock.unlock();
  39. 		}
  40. 	}
  41. }
  42. class MyCondition1 extends Thread{
  43. 	private MyServer myServer;
  44. 	public MyCondition1(MyServer myServer) {
  45. 		super();
  46. 		this.myServer = myServer;
  47. 	}
  48. 	public void run() {
  49. 		for(int i = 0 ;i < Integer.MAX_VALUE;i++) {
  50. 			myServer.set();
  51. 		}
  52. 	}	
  53. }
  54. class MyCondition2 extends Thread{
  55. 	private MyServer myServer;
  56. 	public MyCondition2(MyServer myServer) {
  57. 		super();
  58. 		this.myServer = myServer;
  59. 	}
  60. 	public void run() {
  61. 		for(int i = 0 ;i < Integer.MAX_VALUE;i++) {
  62. 			myServer.get();
  63. 		}
  64. 	}	
  65. }
  66. public class MyLock{
  67. 	public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
  68. 		MyServer myServer = new MyServer();
  69. 		MyCondition1[]  myCondition1 = new MyCondition1[10];
  70. 		MyCondition2[]  myCondition2 = new MyCondition2[10];
  71. 		for(int i = 0; i < 10; i++) {
  72. 			myCondition1[i] = new MyCondition1(myServer);
  73. 			myCondition2[i] = new MyCondition2(myServer);
  74. 			myCondition1[i].start();
  75. 			myCondition2[i].start();
  76. 		}
  77. 	}
  78. }

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4、公平锁与非公平锁

锁Lock分为“公平锁”和“非公平锁”。

公平锁：表示线程获取锁的顺序是按照线程加锁的顺序来的进行分配的，即先来先得FIFO先进先出顺序。

非公平锁：一种获取锁的抢占机制，是随机拿到锁的，和公平锁不一样的是先来的不一定先拿到锁，这个方式可能造成某些线程一直拿不到锁，结果就是不公平的·。

  1. /*
  2.  * 公平锁
  3.  * */
  4. class MyService{
  5. 	private ReentrantLock lock;
  6. 	public MyService(boolean isFair) {
  7. 		super();
  8. 		lock = new ReentrantLock(isFair);
  9. 	}
  10. 	public void serviceMethod() {
  11. 		try {
  12. 			lock.lock();
  13. 			System.out.println("线程名："+Thread.currentThread().getName()+"获得锁定");
  14. 		} finally {
  15. 			lock.unlock();
  16. 		}
  17. 	}
  18. }
  19. public class MyLock{
  20. 	public static void main(String[] args) {
  21. 		//设置当前为true公平锁
  22. 		final MyService myService = new MyService(true);
  23. 		Runnable runnable = new Runnable() {
  24. 			public void run() {
  25. 				System.out.println("线程名："+Thread.currentThread().getName()+"运行了");
  26. 				myService.serviceMethod();
  27. 			}
  28. 		};
  29. 		Thread[] threads = new Thread[10];
  30. 		for(int i = 0;i < 10; i++) {
  31. 			threads[i] = new Thread(runnable);
  32. 		}
  33. 		for(int i = 0;i < 10; i++) {
  34. 			threads[i].start();
  35. 		}
  36. 	}
  37. }
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由打印结果可以看出，基本呈现有序的状态，这就是公平锁的特点。

  1. /*
  2.  * 非公平锁
  3.  * */
  4. class MyService{
  5. 	private ReentrantLock lock;
  6. 	public MyService(boolean isFair) {
  7. 		super();
  8. 		lock = new ReentrantLock(isFair);
  9. 	}
  10. 	public void serviceMethod() {
  11. 		try {
  12. 			lock.lock();
  13. 			System.out.println("线程名："+Thread.currentThread().getName()+"获得锁定");
  14. 		} finally {
  15. 			lock.unlock();
  16. 		}
  17. 	}
  18. }
  19. public class MyLock{
  20. 	public static void main(String[] args) {
  21. 		//设置当前为true公平锁
  22. 		final MyService myService = new MyService(false);
  23. 		Runnable runnable = new Runnable() {
  24. 			public void run() {
  25. 				System.out.println("线程名："+Thread.currentThread().getName()+"运行了");
  26. 				myService.serviceMethod();
  27. 			}
  28. 		};
  29. 		Thread[] threads = new Thread[10];
  30. 		for(int i = 0;i < 10; i++) {
  31. 			threads[i] = new Thread(runnable);
  32. 		}
  33. 		for(int i = 0;i < 10; i++) {
  34. 			threads[i].start();
  35. 		}
  36. 	}
  37. }

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非公平锁的运行结果基本都是无须的，则可以表明先start()启动的线程并不一定先获得锁。

5、使用ReentrantReadWriteLock类

类ReentrantLock具有完全互斥排他的效果，即同一时间只有一个线程在执行ReentrantLock.lock()方法后的任务。这样虽然保证了实例变量的线程安全性，但是效率低下。所以在Java中提供有读写锁ReentrantReadWriteLock类，使其效率可以加快。在某些不需要操作实例变量的方法中，完全可以使用ReentrantReadWriteLock来提升该方法代码运行速度。

读写锁表示两个锁：

读操作相关的锁，也成为共享锁。

写操作相关的锁，也叫排他锁。

多个读锁之间不互斥，读锁与写锁互斥，多个写锁互斥。

在没有线程Thread进行写入操作时，进行读操作的多个Thread可以获取读锁，但是进行写入操作时的Thread只有获取写锁后才能进行写入操作。

（1）多个读锁共享

  1. /*
  2.  * 多个读锁共享
  3.  * */
  4. class MyService{
  5. 	private ReentrantReadWriteLock lock = new ReentrantReadWriteLock();
  6. 	public void read() {
  7. 		try {
  8. 			//读锁
  9. 			lock.readLock().lock();
  10. 			System.out.println("线程名: "+Thread.currentThread().getName()+"获取读锁" );
  11. 			Thread.sleep(1000);
  12. 		} catch (InterruptedException e) {
  13. 			e.printStackTrace();
  14. 		}finally {
  15. 			//释放读锁
  16. 			lock.readLock().unlock();
  17. 		}
  18. 	}
  19. }
  20. //线程1
  21. class Thread1 extends Thread{
  22. 	private MyService myService;
  23. 	public Thread1(MyService myService) {
  24. 		super();
  25. 		this.myService = myService;
  26. 	}
  27. 	public void run() {
  28. 		myService.read();
  29. 	}
  30. }
  31. //线程2
  32. class Thread2 extends Thread{
  33. 	private MyService myService;
  34. 	public Thread2(MyService myService) {
  35. 		super();
  36. 		this.myService = myService;
  37. 	}
  38. 	public void run() {
  39. 		myService.read();
  40. 	}
  41. }
  42. public class MyLock{
  43. 	public static void main(String[] args) {
  44. 		MyService myService = new MyService();
  45. 		Thread1 thread1 = new Thread1(myService);
  46. 		Thread2 thread2 = new Thread2(myService);
  47. 		thread1.start();
  48. 		thread2.start();
  49. 		
  50. 	}
  51. }

                 技术图片

从打印结果可以看出，两个线程几乎同时进入lock()方法后面的代码。

说明在此时使用lock.readLock()读锁可以提高程序运行效率，允许多个线程同时执行lock()方法后的代码。

（2）多个写锁互斥

  1. /*
  2.  * 多个写锁互斥
  3.  * */
  4. class MyService{
  5. 	private ReentrantReadWriteLock lock = new ReentrantReadWriteLock();
  6. 	public void write() {
  7. 		try {
  8. 			//写锁
  9. 			lock.writeLock().lock();
  10. 			System.out.println("线程名: "+Thread.currentThread().getName()+"获取写锁，获得时间："+System.currentTimeMillis() );
  11. 			Thread.sleep(1000);
  12. 		} catch (InterruptedException e) {
  13. 			e.printStackTrace();
  14. 		}finally {
  15. 			//释放写锁
  16. 			lock.writeLock().unlock();
  17. 		}
  18. 	}
  19. }
  20. //线程1
  21. class Thread1 extends Thread{
  22. 	private MyService myService;
  23. 	public Thread1(MyService myService) {
  24. 		super();
  25. 		this.myService = myService;
  26. 	}
  27. 	public void run() {
  28. 		myService.write();
  29. 	}
  30. }
  31. //线程2
  32. class Thread2 extends Thread{
  33. 	private MyService myService;
  34. 	public Thread2(MyService myService) {
  35. 		super();
  36. 		this.myService = myService;
  37. 	}
  38. 	public void run() {
  39. 		myService.write();
  40. 	}
  41. }
  42. public class MyLock{
  43. 	public static void main(String[] args) {
  44. 		MyService myService = new MyService();
  45. 		Thread1 thread1 = new Thread1(myService);
  46. 		Thread2 thread2 = new Thread2(myService);
  47. 		thread1.start();
  48. 		thread2.start();
  49. 		
  50. 	}
  51. }

                    技术图片

使用写锁代码writeLock.lock()的效果就是同一时间只允许一个线程执行lock()方法后的代码。

（3）读写/写读互斥

  1. /*
  2.  * 读写/写读互斥,
  3.  * */
  4. class MyService{
  5. 	private ReentrantReadWriteLock lock = new ReentrantReadWriteLock();
  6. 	public void read() {
  7. 		try {
  8. 			//读锁
  9. 			lock.readLock().lock();
  10. 			System.out.println("线程名: "+Thread.currentThread().getName()+"获取读锁，获得时间:"+System.currentTimeMillis() );
  11. 			Thread.sleep(1000);
  12. 		} catch (InterruptedException e) {
  13. 			e.printStackTrace();
  14. 		}finally {
  15. 			//释放读锁
  16. 			lock.readLock().unlock();
  17. 		}
  18. 	}
  19. 	public void write() {
  20. 		try {
  21. 			//写锁
  22. 			lock.writeLock().lock();
  23. 			System.out.println("线程名: "+Thread.currentThread().getName()+"获取写锁，获得时间："+System.currentTimeMillis() );
  24. 			Thread.sleep(1000);
  25. 		} catch (InterruptedException e) {
  26. 			e.printStackTrace();
  27. 		}finally {
  28. 			//释放写锁
  29. 			lock.writeLock().unlock();
  30. 		}
  31. 	}
  32. }
  33. //线程1
  34. class Thread1 extends Thread{
  35. 	private MyService myService;
  36. 	public Thread1(MyService myService) {
  37. 		super();
  38. 		this.myService = myService;
  39. 	}
  40. 	public void run() {
  41. 		myService.read();
  42. 	}
  43. }
  44. //线程2
  45. class Thread2 extends Thread{
  46. 	private MyService myService;
  47. 	public Thread2(MyService myService) {
  48. 		super();
  49. 		this.myService = myService;
  50. 	}
  51. 	public void run() {
  52. 		myService.write();
  53. 	}
  54. }
  55. public class MyLock{
  56. 	public static void main(String[] args) {
  57. 		MyService myService = new MyService();
  58. 		Thread1 thread1 = new Thread1(myService);
  59. 		Thread2 thread2 = new Thread2(myService);
  60. 		thread1.start();
  61. 		thread2.start();	
  62. 	}
  63. }

                  技术图片

此运行结果说明“读写/写读”操作是互斥的。

由此可表明：只要出现“写”操作，就是互斥的。


 



以上是关于Lock锁的使用的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章

Redis实现分布式锁（设计模式应用实战）

并发技术12线程锁技术的使用

java并发线程锁技术的使用

Java多线程-Lock锁的使用，以及生产者和消费者的实现

synchronized 与 lock锁的异同

synchronized与Lock比较