Lock，ReentrantLock，ReentrantReadWriteLock类的使用以及相关api---synchronized进阶

Posted 2022-08-12 eenio

这篇博客记录了Lock，ReentrantLock,ReentrantReadWriteLock类的使用以及其一些api：

码字不易~~另外《java多线程编程核心技术》这本书读着很爽

前言说明：之前为了解决多线程时的非线程安全问题，使用的是synchronized。接下来记录的是他的升级版本ReentrantLock，更加灵活，可控性更高，而ReentrantReadWriteLock类是对ReentrantLock类的补充，能够在某些条件之间之下提交效率

下面先来看下都有哪些api，以及和synchronized之间是怎样对应的吧。

 

以前使用锁完成同步是将同步代码块写在synchronized之内，现在我们使用  

Lock lock = new ReentrantLock();

来声明一个锁，他有这两个方法

lock.lock();  和 lock.unlock();   这两个是配套的，在其之间的代码就是同步代码块。

和之前一样，lock()方法会让当前线程持有对象监听器，具体规则之类的和synchronized也一样，

比如下面的例子，MyService有一段代码上锁，自定义线程类调用它

MyService.java

package 第四章;
import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

public class MyService 
    private Lock lock = new ReentrantLock();
    public void testMethod()
        lock.lock();
        for(int i=0;i<5;i++)
            System.out.println(i+"线程："+Thread.currentThread().getName());
        
        lock.unlock();
    

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MyThread.java

package 第四章;

public class MyThread extends Thread 
    private MyService myService;

    public MyThread(MyService myService) 
        super();
        this.myService = myService;
    

    public void run()
        myService.testMethod();
    

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test.java

package 第四章;

public class test 
    public static void main(String[] args)
        MyThread[] threads = new MyThread[5];
        MyService myService = new MyService();
        for(int i=0;i<5;i++)
            threads[i] = new MyThread(myService);
            threads[i].start();
        
    

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运行结果：

 

 可以看到线程之间是同步执行的，当然前提是同一个MyService对象。

之前的wait/notify，用Condition对象来替换：

效率提高的地方以及原因：

Condition对象可以对同一个锁声明多个，相当于每当让线程等待时，他都有自己的唤醒condition，换句话说，每一个线程都可以注册一个Condition，这样当我们唤醒线程的时候，就可以唤醒指定的线程，比如之前的生产者消费者模型之中的假死现象，我们使用过notifyAll()来解决的，但是这种方法唤醒了所有的线程，让所有线程都去争抢cpu，但是我们事实上指向唤醒异类线程，并不想唤醒同类，全部唤醒的话，效率是一个问题。那么现在，给每一个线程都注册

一个Condition，这样子唤醒时候，我们就可以唤醒指定的线程，提高了效率，也更加灵活。

下面的是一个简单的await/signal例子，展示了基本的使用：await类似之前的wait，signal类似于notify：signalAll()唤醒全部

更改之前的MyService.java

condition.await()让线程阻塞，condition.signal()随机唤醒一个由当前condition注册的线程

 

package 第四章;
import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
import java.util.concurrent.locks.Condition;
public class MyService 
    private Lock lock = new ReentrantLock();
    public Condition condition = lock.newCondition();
    public void testMethod()
        try
        lock.lock();
        System.out.println("即将开始循环");
        condition.await();
        for(int i=0;i<2;i++)
            System.out.println(i+"线程："+Thread.currentThread().getName());
        
        catch (InterruptedException e)
            e.printStackTrace();
        finally 
            lock.unlock();
        
    
    public void signal()
        try
            lock.lock();
            this.condition.signal();
            System.out.println("唤醒了一个线程");
        finally 
            lock.unlock();
        
    

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MyThread.java不变

test.java:先让线程全部阻塞，然后调用自定义的signal方法唤醒线程，

package 第四章;

public class test 
    public static void main(String[] args)
        MyThread[] threads = new MyThread[5];
        MyService myService = new MyService();
        for(int i=0;i<5;i++)
            threads[i] = new MyThread(myService);
            threads[i].start();
        
        try
            Thread.sleep(1000);
            myService.signal();
        catch (InterruptedException e)
            e.printStackTrace();
        
    

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运行结果如下：

可以看到，我们成功唤醒了一个线程。

下面的例子唤醒了一个指定的线程

MyService.java:根据当前线程的名字让指定的Condition对象等待，并书写两个唤醒不同的Condition对象注册的线程

package 第四章;
import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
import java.util.concurrent.locks.Condition;
public class MyService 
    private Lock lock = new ReentrantLock();
    public Condition conditionA = lock.newCondition();
    public Condition conditionB = lock.newCondition();
    public void testMethod()
        try
            lock.lock();
            System.out.println("线程"+Thread.currentThread().getName()+"等待中...");
            if(Thread.currentThread().getName().equals("A"))
                conditionA.await();
            else
                conditionB.await();
            for(int i=0;i<2;i++)
                System.out.println(i+"线程："+Thread.currentThread().getName());
        
        catch (InterruptedException e)
            e.printStackTrace();
        finally 
            lock.unlock();
        
    
    public void signalA()
        try
            lock.lock();
            this.conditionA.signal();
            System.out.println("唤醒了A线程");
        finally 
            lock.unlock();
        
    
    public void signalB()
        try
            lock.lock();
            this.conditionB.signal();
            System.out.println("唤醒了B线程");
        finally 
            lock.unlock();
        
    

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test.java，启动A,B两个线程，只唤醒A线程

package 第四章;

public class test 
    public static void main(String[] args)
        MyService myService = new MyService();
        MyThread myThreadA = new MyThread(myService);
        myThreadA.setName("A");
        MyThread myThreadB = new MyThread(myService);
        myThreadB.setName("B");
        myThreadA.start();
        myThreadB.start();
        try
            Thread.sleep(1000);
            myService.signalA();
        catch (InterruptedException e)
            e.printStackTrace();
        
    

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运行结果：

根据代码，我们可以看到可以通过不同Condition对象来唤醒指定的线程。

用处：

1.可以想到，如果用Lock来解决之前的多消费多生产者时的假死问题，我们可以将生产者统一注册一个Condition，消费者统一注册一个Condition，每一次唤醒对方的Condition，这样子就不会出现连续唤醒同类导致假死的情况了，并且可以避免唤醒所有线程，导致效率低下。

2.我们也可以按照我们想要的顺序进行唤醒，只要你注册了正确的Condition对象

 

公平锁和非公平锁：

比较好理解，公平锁相当于一个队列，先进先出，先运行的线程先拿到锁，后运行的后拿到锁，按照顺序来，非公平锁就是锁的抢占是随机的，没有顺序。

默认是非公平锁，创建Lock时加上true参数即为公平锁：

Lock lock =new ReentrantLock(true);

 

下面介绍一些ReentrantLock的api，

一般在一些定制化的情况可能会用到，emmm，这块先了解一下，知道有这些就行,emmm,说实话目前我感觉这个没啥用，有个印象，不过注意使用这些API使，必须以下面这种方式new对象

ReentrantLock lock = new ReentrantLock();

(lock.)GetHoldCount():查询当前线程有保持着几个lock锁，简单来讲就是当前线程调用了几次lock()方法

GetQueueLength():有多少个线程在等待获取当前锁，可以理解为有多少个没有拿到当前锁，

getWaitQueueLength(Condition condition):有多少个线程处于阻塞状态，并且是执行了参数Condition对象所对应的await()方法导致阻塞的。

hasQueuedThread(Thread thread):查询指定的线程是否正在等待获取当前锁

hasQueuedThreads():查询是否有线程正在等待获取当前锁

hasWaiters(Condition):查询是否有线程是由于调用了参数Condition.await()导致阻塞的。

isHeldByCurrentThread():查询当前线程是否持有当前锁

isLocked():当前锁是否被某个线程持有

awaitUninterruptibly():这也是一种让当前线程阻塞的方法，不过await调用之后如果再使用Interrupt等代码阻塞当前进程会报异常，但是这个不会，相当于让当前线程变成可以阻塞的线程，，，，不懂有撒用

awaitUntil(Date):阻塞当前线程，如果在指定时间之前还没有被唤醒，则唤醒他。参数也可以传Calendar.getTime()，Calendar类用于处理时间

 

ReentrantReadWriteLock类

之前的ReentrantLock相当于同一时间只有一个线程在执行代码。但是在不涉及更改实例变量的代码之中，我们可以允许异步运行来加快效率， 而一些涉及到更改实例变量的代码，这时候同步执行（这时候异步可能出现非线程安全），这样可以在一定程度上加快效率，这就是这个类的作用。

简单来说，我们一般有读写两个操作，如果多个线程执行读操作，ok，异步执行，如果多个线程有的执行读，有的写，ok，同步执行，这个类就是自动完成这个事情，你只需要在锁时使用不同类型的锁就行。

下面是一个例子，读读异步（其他全部同步）：
ReadAndWrite.java  代表具体的操作，读，写，输出当前操作以及时间，sleep()模拟操作耗费的时间

package 第四章;

import java.util.concurrent.locks.ReentrantReadWriteLock;

public class ReadAndWrite 
    private ReentrantReadWriteLock lock = new ReentrantReadWriteLock();
    public void read()
        try
            lock.readLock().lock();
            System.out.println("读操作"+System.currentTimeMillis());
            Thread.sleep(1000);
        catch (InterruptedException e)
            e.printStackTrace();
        finally 
            lock.readLock().unlock();
        
    
    public void write()
        try
            lock.writeLock().lock();
            System.out.println("写操作"+System.currentTimeMillis());
            Thread.sleep(1000);
        catch (InterruptedException e)
            e.printStackTrace();
        finally 
            lock.writeLock().unlock();
        
    

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MyThread2.java：里面有两个java类，一个执行读操作，一个写操作

package 第四章;

class MyThreadRead extends Thread
    private ReadAndWrite readAndWrite;

    public MyThreadRead(ReadAndWrite readAndWrite) 
        this.readAndWrite = readAndWrite;
    

    public void run()
        this.readAndWrite.read();
    

class MyThreadWrite extends Thread
    private ReadAndWrite readAndWrite;

    public MyThreadWrite(ReadAndWrite readAndWrite) 
        this.readAndWrite = readAndWrite;
    

    public void run()
        this.readAndWrite.write();
    

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test.java:  创建三个读线程

package 第四章;

public class test 
    public static void main(String[] args)
           ReadAndWrite readAndWrite = new ReadAndWrite();
           MyThreadRead reads[] = new MyThreadRead[3];
           for(int i=0;i<3;i++) 
               reads[i] = new MyThreadRead(readAndWrite);
               reads[i].start();
           
        
    

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运行结果：

可以看到，三个读操作时同时执行的。

下面更改test.java,创建三个读线程，三个写线程：

test.java

package 第四章;

public class test 
    public static void main(String[] args)

           ReadAndWrite readAndWrite = new ReadAndWrite();
        MyThreadWrite writes[] = new MyThreadWrite[3];
        for(int i=0;i<3;i++) 
            writes[i] = new MyThreadWrite(readAndWrite);
            writes[i].start();
        
           MyThreadRead reads[] = new MyThreadRead[3];
           for(int i=0;i<3;i++) 
               reads[i] = new MyThreadRead(readAndWrite);
               reads[i].start();
           

        
    

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运行：

 

可以看到，写操作之间是互斥的，相当于同步，一个一个执行的，读的时候就是异步的，

 ，，好嘞，就演示这几个，其他的都同理，只有读读是异步的，读写同步，你可以交替着start看一下，如下：

 

 好滴，第四章就这些暂时。。