Java鎖之重入鎖

Jinkey 發(fā)布于2019-08-16 10:59 / 2417人閱讀

摘要：通過(guò)關(guān)鍵字可以實(shí)現(xiàn)多線程之間的同步控制，除了上述方法，為我們提供了很多并發(fā)控制的工具類(lèi)，今天主要講的就是中的重入鎖，效果基本等同于關(guān)鍵字。

在講重入鎖之前，我們先看一段代碼

上述代碼想要實(shí)現(xiàn)的效果，就是使用兩個(gè)線程對(duì)i分別進(jìn)行累加一百萬(wàn)次，最終希望i的值是二百萬(wàn)，如果按照上述代碼運(yùn)行程序，你會(huì)發(fā)現(xiàn)i的值在絕大多數(shù)情況下都不能達(dá)到200萬(wàn)，原因就是多線程的數(shù)據(jù)同步問(wèn)題。
為了解決上述問(wèn)題，我們自然而然想到synchronized關(guān)鍵字，通過(guò)對(duì)程序進(jìn)行簡(jiǎn)單改造，如下圖，紅框中的部分就是程序變動(dòng)的部分：

在此處synchronized關(guān)鍵字的作用就是，當(dāng)每個(gè)線程試圖對(duì)i進(jìn)行++操作時(shí)，必須要先獲取o對(duì)象，一個(gè)o對(duì)象在同一時(shí)刻只能被一個(gè)線程所持有，其他線程必須要等待持有o對(duì)象的線程進(jìn)行i++操作并且釋放o對(duì)象之后去試圖獲取o對(duì)象，如果獲取成功線程繼續(xù)執(zhí)行，如果獲取失敗，線程繼續(xù)等待。通過(guò)synchronized關(guān)鍵字會(huì)使原本并行化的操作變成順序執(zhí)行，也就是說(shuō)同一時(shí)刻，只會(huì)有一個(gè)線程對(duì)i進(jìn)行++，因此i最終的值必定會(huì)是200萬(wàn)。

通過(guò)synchronized關(guān)鍵字可以實(shí)現(xiàn)多線程之間的同步控制，除了上述方法，Java為我們提供了很多并發(fā)控制的工具類(lèi)，今天主要講的就是Java中的重入鎖ReentrantLock，效果基本等同于synchronized關(guān)鍵字。

使用重入鎖必須獲取一個(gè)重入鎖對(duì)象，通過(guò)new一個(gè)ReentrantLock即可獲得一個(gè)重入鎖對(duì)象。

使用重入鎖必須明確指定加鎖和解鎖操作，增強(qiáng)程序的可讀性。

同一把重入鎖只能在同一時(shí)刻只能被同一個(gè)線程鎖持有，也就是說(shuō)，當(dāng)線程1通過(guò)lock方法獲取鎖成功之后，其他線程如果想要獲得鎖必須等待線程1通過(guò)unlock方法釋放鎖之后才能獲取成功。

重入鎖支持多次加鎖和多次解鎖操作，但是加鎖和解鎖的次數(shù)必須保持一致，如果一個(gè)線程的加鎖次數(shù)大于解鎖次數(shù)，會(huì)使得當(dāng)前線程一直占有這把重入鎖，其他線程永遠(yuǎn)無(wú)法獲取鎖，從而產(chǎn)生饑餓現(xiàn)象，相反如果解鎖的次數(shù)大于加鎖次數(shù)，程序則會(huì)拋出IllegalMonitorStateException異常。

重入鎖提供中斷響應(yīng)，就是在等待鎖的過(guò)程中可以取消對(duì)鎖的請(qǐng)求。

通過(guò)圖片上的代碼，很輕松的就構(gòu)造了一個(gè)死鎖現(xiàn)象，當(dāng)lock值是1，線程會(huì)先試圖獲取重入鎖lock1，500ms之后再試圖獲取重入鎖lock2，相反如果lock值不是1，線程會(huì)先試圖獲取重入鎖lock2，500ms之后在試圖獲取重入鎖lock1，此時(shí)，我在主函數(shù)中新開(kāi)兩個(gè)線程，設(shè)置lock的值一個(gè)為1，另一個(gè)為2；

此時(shí)運(yùn)行程序，你會(huì)發(fā)現(xiàn)程序永遠(yuǎn)不會(huì)結(jié)束，原因就是兩個(gè)線程之間形成了死鎖現(xiàn)象。

細(xì)心的讀者或許已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，我在獲取重入鎖的時(shí)候不是使用lock()方法，而是使用的lockInterruptibly()方法，通過(guò)方法名稱也可以看出，lockInterruptibly()方法是支持中斷響應(yīng)的。

下面我會(huì)在主線程通過(guò)t2.interrupt()中斷thread-2線程，這樣重入鎖2就會(huì)被釋放，從而使得thread-1可以正確執(zhí)行完畢，但是thread-2只是被中斷，無(wú)法正確執(zhí)行完畢，只會(huì)執(zhí)行finally塊中的方法，最終程序的輸出結(jié)果如下圖：

除了通過(guò)中斷線程我們還可以通過(guò)鎖申請(qǐng)等待限時(shí)來(lái)避免死鎖和饑餓現(xiàn)象，所謂的鎖申請(qǐng)等待限時(shí)指的是申請(qǐng)鎖時(shí)指定一個(gè)最大等待時(shí)間，如果超過(guò)了等待時(shí)間還沒(méi)獲得鎖，線程就不再進(jìn)行等待并且繼續(xù)執(zhí)行。
獲取鎖時(shí)使用tryLock方法來(lái)獲取鎖就可以，此方法會(huì)有一個(gè)boolean返回值，如果獲取鎖成功，返回值為true，如果失敗，返回值即為false。該方法有兩個(gè)重載方法，如下圖：

上述的實(shí)現(xiàn)方式都是非公平鎖，所謂的非公平就是，線程獲取鎖的成功率是隨機(jī)的，有些鎖可能會(huì)一直成功獲取鎖，而有些線程會(huì)一直獲取不到鎖，而那些獲取不到鎖的線程就會(huì)一直處于等待狀態(tài)，從而產(chǎn)生饑餓現(xiàn)象。

為了解決上述問(wèn)題，重入鎖支持多個(gè)線程之間以一種公平的方式來(lái)競(jìng)爭(zhēng)獲取鎖，通俗一點(diǎn)講比如有兩個(gè)線程，兩個(gè)線程試圖獲取同一把鎖，假如說(shuō)第一次成功獲取鎖的是線程1，那么下次成功獲取鎖的必定是線程2而不是線程1。

公平重入鎖的實(shí)現(xiàn)只需要在獲取重入鎖時(shí)，構(gòu)造參數(shù)中指定true。

上述代碼通過(guò)主線程中新開(kāi)兩個(gè)線程，每個(gè)線程所做的事就是循環(huán)的獲取fairLock這把重入鎖，由于fairLock是一把公平的重入鎖，因此t1和t2兩個(gè)線程會(huì)交替獲得鎖，程序運(yùn)行效果圖如下圖：

雖然公平的重入鎖可以避免死鎖的現(xiàn)象，但因內(nèi)部必須要維護(hù)一個(gè)有序的線程隊(duì)列，所以公平鎖的實(shí)現(xiàn)成本較高，性能相對(duì)低下。

最后附上上述實(shí)例代碼的地址:https://github.com/Meikoheng/...