Java多线程(ReentrantLock)

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1、使用ReentrantLock

从Java 5开始,引入了一个高级的处理并发的java.util.concurrent包,它提供了大量更高级的并发功能,能大大简化多线程程序的编写。

我们知道Java语言直接提供了synchronized关键字用于加锁,但这种锁一是很重,二是获取时必须一直等待,没有额外的尝试机制。

java.util.concurrent.locks包提供的ReentrantLock用于替代synchronized加锁,我们来看一下传统的synchronized代码:

public class Counter {
    private int count;
    public void add(int n) {
        synchronized(this) {
            count += n;
        }
    }
}

如果用ReentrantLock替代,可以把代码改造为:

public class Counter {
    private final Lock lock = new ReentrantLock();
    private int count;
    
    public void add(int n) {
        lock.lock();
        try {
            count += n;
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }
}

因为synchronized是Java语言层面提供的语法,所以我们不需要考虑异常,而ReentrantLock是Java代码实现的锁,我们就必须先获取锁,然后在finally中正确释放锁。

顾名思义,ReentrantLock是可重入锁,它和synchronized一样,一个线程可以多次获取同一个锁。

synchronized不同的是,ReentrantLock可以尝试获取锁:

if (lock.tryLock(1, TimeUnit.SECONDS)) {
    try {
        ...
    } finally {
        lock.unlock();
    }
}

上述代码在尝试获取锁的时候,最多等待1秒。如果1秒后仍未获取到锁,tryLock()返回false,程序就可以做一些额外处理,而不是无限等待下去。

所以,使用ReentrantLock比直接使用synchronized更安全,线程在tryLock()失败的时候不会导致死锁。

小结:

ReentrantLock可以替代synchronized进行同步;

ReentrantLock获取锁更安全;

必须先获取到锁,再进入try {…}代码块,最后使用finally保证释放锁;

可以使用tryLock()尝试获取锁。

2、使用Condition

使用ReentrantLock比直接使用synchronized更安全,可以替代synchronized进行线程同步。

但是,synchronized可以配合waitnotify实现线程在条件不满足时等待,条件满足时唤醒,用ReentrantLock我们怎么编写waitnotify的功能呢?

答案是使用Condition对象来实现waitnotify的功能。

我们仍然以TaskQueue为例,把前面用synchronized实现的功能通过ReentrantLockCondition来实现:

class TaskQueue {
    private final Lock lock = new ReentrantLock();
    private final Condition condition = lock.newCondition();
    private Queue<String> queue = new LinkedList<>();
    
    public void addTask(String s) {
        lock.lock();
        try {
            queue.add(s);
            condition.signalAll();
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }
    
    public String getTask() {
        lock.lock();
        try {
            while (queue.isEmpty()) {
                condition.await();
            }
            return queue.remove();
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }
}

可见,使用Condition时,引用的Condition对象必须从Lock实例的newCondition()返回,这样才能获得一个绑定了Lock实例的Condition实例。

Condition提供的await()signal()signalAll()原理和synchronized锁对象的wait()notify()notifyAll()是一致的,并且其行为也是一样的:

  • await()会释放当前锁,进入等待状态;
  • signal()会唤醒某个等待线程;
  • signalAll()会唤醒所有等待线程;
  • 唤醒线程从await()返回后需要重新获得锁。

此外,和tryLock()类似,await()可以在等待指定时间后,如果还没有被其他线程通过signal()signalAll()唤醒,可以自己醒来:

if (condition.await(1, TimeUnit.SECOND)) {
    // 被其他线程唤醒
} else {
    // 指定时间内没有被其他线程唤醒
}

可见,使用Condition配合Lock,我们可以实现更灵活的线程同步。

小结:

Condition可以替代waitnotify

Condition对象必须从Lock对象获取。