Java - 可重入锁ReentrantLock简单用法

2024-06-14 21:48

本文主要是介绍Java - 可重入锁ReentrantLock简单用法,希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值,需要的开发者们随着小编来一起学习吧!

Java - 可重入锁ReentrantLock简单用法

Java 中显示锁的借口和类主要位于java.util.concurrent.locks下,其主要的接口和类有:

  • 锁接口Lock,其主要实现为ReentrantLock
  • 读写锁接口ReadWriteLock,其主要实现为ReentrantReadWriteLock

一、接口Lock

其中显示锁Lock的定义为:

public interface Lock {void lock();void lockInterruptibly() throws InterruptedException;boolean tryLock();boolean tryLock(long time, TimeUnit unit) throws InterruptedException;void unlock();Condition newCondition();
}

其中:

  1. lock()/unlock() : 为获取锁和释放锁的方法,其中lock()会阻塞程序,直到成功的获取锁。
  2. lockInterruptibly():与lock()不同的地方是,它可以响应程序中断,如果被其他程序中断了,则抛出InterruptedException。
  3. tryLock():尝试获取锁,该方法会立即返回,并不会阻塞程序。如果获取锁成功则返回true,反之则返回false。
  4. tryLock(long time, TimeUnit unit):尝试获取锁,如果能获取锁则直接返回true;否则阻塞等待,阻塞时长由传入的参数来决定,在等待的同时响应程序中断,如果发生了中断则抛出InterruptedException;如果在等待的时间中获取了锁则返回true,反之返回false。
  5. newCondition():新建一个条件,一个Lock可以关联多个条件。

相比synchronized,显示锁可以用非阻塞的方式获取锁,可以响应程序中断,可以设定程序的阻塞时间,拥有更加灵活的操作。

二、可重入锁ReentrantLock

2.1 基本用法

ReentrantLock是Lock接口的主要实现类,其基本用法lock()/unlock()实现了与synchronized一样的语义,其中包括:

  • 可重入,一个线程在持有一个锁的前提下,可以继续获得该锁;
  • 可以解决竞态条件问题(临界区资源);
  • 可以保证内存可见性问题。

ReentrantLock有两个构造方法。

public ReentrantLock()
public ReentrantLock(boolean fair)

参数fair表示是否保证公平,在不指定的情况下默认值为false,表示不保证公平。

公平的意思是指:等待时间最长的线程优先获取锁。

但是保证公平可能会影响程序的性能,在一般情况下也不需要保证公平,所以默认值为 false 。而synchronized也是不保证公平的。

在使用显示锁的情况下,一定要记得调用 unlock 。一般而言,应该将 lock 之后的代码块包装在 try 语句中,在 finally 语句中释放锁,例如以下实现计数器的代码:

import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;/*** Created by Joe on 2018/4/10.*/
public class Counter {private final Lock lock = new ReentrantLock();private volatile int count;public void incr() {lock.lock();try {count++;} finally {lock.unlock();}}public int getCount() {return count;}
}

2.2 使用tryLock避免死锁

使用tryLock()方法可以避免死锁的发生。在持有一个锁而尝试获取另外一个锁,但是获取不到的时候,可以释放已持有的锁,给其他线程获取锁的机会,然后重试获取所有的锁。

接下来使用银行之间转账的例子。

表示账户的Account类:

public class Account {private Lock lock = new ReentrantLock();private volatile double money;public Account(double initialMoney) {this.money = initialMoney;}public void add(double money) {lock.lock();try {this.money += money;} finally {lock.unlock();}}public void reduce(double money) {lock.lock();try {this.money -= money;} finally {lock.unlock();}}public double getMoney() {return money;}void lock() {lock.lock();}void unlock() {lock.unlock();}boolean tryLock() {return lock.tryLock();}
}

Account类中的money表示当前的余额。add/reduce用于修改余额。在账户之间转账,需要这两个账户都要进行锁定。如果我们直接只用 lock() ,我们的代码清单如下:

public class AccountMgr {public static class NoEnoughMoneyException extends Exception {}public static void transfer(Account from, Account to, double money)throws NoEnoughMoneyException {from.lock();try {to.lock();try {if(from.getMoney() >= money) {from.reduce(money);to.add(money);} else {throw new NoEnoughMoneyException();}} finally {to.unlock();}} finally {from.unlock();}}
}

但是这种写法容易发生死锁。比如,两个账户都想同时给对方进行转账,并且均获得了第一个锁。在这种情况下就会发生死锁。

接下来的代码用于模拟账户转账的死锁过程。

public static void simulateDeadLock() {final int accountNum = 10;final Account[] accounts = new Account[accountNum];final Random rnd = new Random();for(int i = 0; i < accountNum; i++) {accounts[i] = new Account(rnd.nextInt(10000));}int threadNum = 100;Thread[] threads = new Thread[threadNum];for(int i = 0; i < threadNum; i++) {threads[i] = new Thread() {public void run() {int loopNum = 100;for(int k = 0; k < loopNum; k++) {int i = rnd.nextInt(accountNum);int j = rnd.nextInt(accountNum);int money = rnd.nextInt(10);if(i != j) {try {transfer(accounts[i], accounts[j], money);System.out.println(i + "--->" + j + "转账成功:" + money);} catch (NoEnoughMoneyException e) {}}}}};threads[i].start();}
}public static void main(String[] args) {simulateDeadLock();
}

以上代码创建了10个账户,100个线程,每个线程均循环100次,在循环中随机挑选两个账户进行转账。在程序运行多次之后你会发现如下图所示的情况,程序因为发生死锁陷入阻塞态,无法完整执行程序:

死锁.png-29.3kB

接下来我们使用 tryLock 书写一个新的方法,代码如下所示:

public static boolean tryTransfer(Account from, Account to, double money)throws NoEnoughMoneyException {if (from.tryLock()) {try {if (to.tryLock()) {try {if (from.getMoney() >= money) {from.reduce(money);to.add(money);} else {throw new NoEnoughMoneyException();}return true;} finally {to.unlock();}}} finally {from.unlock();}}return false;
}

尝试获取账户的锁,如果两个锁都能获取成功,则返回 true,反之则返回 false。无论锁的获取状态如何,在方法体结束之后都会释放所有的锁。同时我们可以改造 transfer 方法来循环调用该方法以避免死锁情况的发生,其代码可以为:

public static void transfer(Account from, Account to, double money)throws NoEnoughMoneyException {boolean success = false;do {success = tryTransfer(from, to, money);if (!success) {Thread.yield();}} while (!success);
}

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