Java并发基础 - ReentrantLock

2024-06-08 08:38

本文主要是介绍Java并发基础 - ReentrantLock,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!

主要内容:

  • ReentrantLock Demo示例
  • 公平锁和非公平锁的详细实现
  • 公平和非公平的定义
  • ReentrantLock使用场景
  • 和synchronized的简单比较

一、 ReentrantLock

1. 先看Demo示例,再细细道来原理:

@Slf4j
public class LockDemo {//ReentrantLock无参构造方法,sync = new NonfairSync();默认非公平锁private Lock lock = new ReentrantLock();private void workOn() {log.info(Thread.currentThread().getName() + ":上班!");}private void workOff() {log.info(Thread.currentThread().getName() + ":下班");}private void work() {try {//加锁lock.lock();workOn();log.info(Thread.currentThread().getName() + "工作中...");Thread.sleep(100);workOff();} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();} finally {//释放锁lock.unlock();}}public static void main(String[] args) {LockDemo lockDemo = new LockDemo();int i = 0;List<Thread> list = new ArrayList<>(30);do {Thread a = new Thread(lockDemo::work, "小A_" + i);Thread b = new Thread(lockDemo::work, "小B_" + i);list.add(a);list.add(b);} while (i++ < 10);list.parallelStream().forEach(Thread::start);}
}

执行之后,可以看到交替输出:

小B_6:上班!
小B_6工作中...
小B_6:下班
小B_7:上班!
小B_7工作中...
小B_7:下班
...省略...
小B_3:上班!
小B_3工作中...
小B_3:下班

即成功的加上了锁。

2. ReentrantLock类的定义

public class ReentrantLock implements Lock, java.io.Serializable {...}

主要是Lock接口,其定义如下:

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

3. ReentrantLock中的三个内部类

//Sync抽象类继承了AQS,使用AQS的state来展示持有锁的数目
abstract static class Sync extends AbstractQueuedSynchronizer{}//非公平锁
static final class NonfairSync extends Sync{}//公平锁
static final class FairSync extends Sync {}

4. NonfairSync类的实现

static final class NonfairSync extends Sync {private static final long serialVersionUID = 7316153563782823691L;//加锁final void lock() {通过CAS来获取同步状态 也就是锁if (compareAndSetState(0, 1))//当前线程占有锁setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread());else//获取失败 进入AQS同步队列排队等待 执行AQS的acquire方法acquire(1);}//获取锁protected final boolean tryAcquire(int acquires) {return nonfairTryAcquire(acquires);}
}

acquire方法:

//AbstractQueuedSynchronizer.java
public final void acquire(int arg) {//tryAcquire方法实际上是NonfairSync类的tryAcquire方法//如果获取不到锁,if (!tryAcquire(arg) &&acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg))selfInterrupt();
}//ReentrantLock.java
protected final boolean tryAcquire(int acquires) {return nonfairTryAcquire(acquires);
}

非公平锁的获取:

final boolean nonfairTryAcquire(int acquires) {//当前线程final Thread current = Thread.currentThread();int c = getState();//AQS的state=0,代表着锁未被抢占if (c == 0) {//获取到同步状态if (compareAndSetState(0, acquires)) {//当前线程占有锁setExclusiveOwnerThread(current);return true;}}//线程已经占有锁了---重入else if (current == getExclusiveOwnerThread()) {//同步状态记录重入的次数int nextc = c + acquires;if (nextc < 0) // overflowthrow new Error("Maximum lock count exceeded");setState(nextc);return true;}//锁被其他线程抢占了,返回false,未获取到锁return false;
}

非公平锁中,抢到AQS的同步状态的未必是同步队列的首节点,只要线程通过CAS抢到了同步状态或者在acquire中抢到同步状态,就优先占有锁,而相对同步队列这个严格的FIFO队列来说,所以会被认为是非公平锁。

5. FairSync类的实现

static final class FairSync extends Sync {private static final long serialVersionUID = -3000897897090466540L;final void lock() {//严格按照AQS的同步队列要求去获取同步状态。加锁的时候就调用了下面的tryAcquire方法acquire(1);}protected final boolean tryAcquire(int acquires) {final Thread current = Thread.currentThread();int c = getState();//锁未被抢占if (c == 0) {//没有前驱节点,并且CAS获取到了同步状态,则独占if (!hasQueuedPredecessors() && compareAndSetState(0, acquires)) {setExclusiveOwnerThread(current);return true;}}//锁已被抢占且线程重入else if (current == getExclusiveOwnerThread()) {int nextc = c + acquires;if (nextc < 0)throw new Error("Maximum lock count exceeded");setState(nextc);return true;}return false;}
}

公平锁的实现直接调用AQS的acquire方法,acquire中调用tryAcquire。和非公平锁相比,这里不会执行一次CAS,接下来在tryAcquire去抢占锁的时候,也会先调用hasQueuedPredecessors看看前面是否有节点已经在等待获取锁了,如果存在则同步队列的前驱节点优先。

//队列中是否有前置线程。当前线程队列头,或者队列为空,返回false
public final boolean hasQueuedPredecessors() {Node t = tail;Node h = head;Node s;return h != t &&((s = h.next) == null || s.thread != Thread.currentThread());
}

二、 应用方式

1. 普通方式

//默认Nonfair,传入true使用Fair
Lock lock = new ReentrantLock();
try {lock.lock();//……}finally {lock.unlock();}

2. 带返回结果的锁

  • tryLock:尝试获取非公平锁,直接返回获取结果
public boolean tryLock() {return sync.nonfairTryAcquire(1);
}
  • tryLock(long timeout, TimeUnit unit):带超时时间的
public boolean tryLock(long timeout, TimeUnit unit)throws InterruptedException {return sync.tryAcquireNanos(1, unit.toNanos(timeout));
}
  • acquireInterruptibly(int arg):如果该线程未被中断则获取锁

三、和synchronized的比较

ReentrantLocksynchronized
显式的使用在同步方法或者同步代码块中显式的指定起始和结束位置
托管给JVM执行,不会因为异常、或者未释放而发生死锁手动释放锁

都是互斥同步(悲观锁)也叫做阻塞同步锁,特征是会对没有获取锁的线程进行阻塞。

性能不是选择他们的原因,如果不是synchronized无法实现的功能,如轮询锁、超时锁和中断锁等,推荐首先使用synchronized,而针对锁的高级功能,再使用ReentrantLock。

这篇关于Java并发基础 - ReentrantLock的文章就介绍到这儿,希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助!



http://www.chinasem.cn/article/1041692

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