本(ben)章(zhang)對(dui)ReentrantLock包(bao)進行(xing)基(ji)本(ben)介(jie)紹(shao),這一(yi)章(zhang)主要對(dui)ReentrantLock進行(xing)概括性(xing)的(de)介(jie)紹(shao),內容包(bao)括:
ReentrantLock介紹
ReentrantLock函(han)數列表
ReentrantLock示例
在后面(mian)的兩(liang)章,會分別介紹ReentrantLock的兩(liang)個子(zi)類(公(gong)平(ping)鎖(suo)和非公(gong)平(ping)鎖(suo))的實現(xian)原(yuan)理。
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ReentrantLock介紹
ReentrantLock是一個可重(zhong)入(ru)的互斥鎖,又被稱(cheng)為“獨占鎖”。
顧名思義,ReentrantLock鎖在同一個(ge)(ge)時間點(dian)只能被一個(ge)(ge)線(xian)程(cheng)鎖持有;而可重(zhong)入的意思是,ReentrantLock鎖,可以被單個(ge)(ge)線(xian)程(cheng)多次獲取。
ReentrantLock分為“公平鎖”和“非公平鎖”。它們的區別體現在獲取鎖的機制上是否公平。“鎖”是為了保護競爭資源,防止多個線程同時操作線程而出錯,ReentrantLock在同一個時間點只能被一個線程獲取(當某線程獲取到“鎖”時,其它線程就必須等待);ReentraantLock是通過一個FIFO的等待隊列來管理獲取該鎖所有線程的。在“公平鎖”的機制下,線程依次排隊獲取鎖;而“非公平鎖”在鎖是可獲取狀態時,不管自己是不是在隊列的開頭都會獲取鎖。
ReentrantLock函數列表
// 創建一個(ge) ReentrantLock ,默認是“非(fei)公(gong)平鎖”。 ReentrantLock() // 創建策略(lve)是(shi)(shi)fair的 ReentrantLock。fair為(wei)true表示是(shi)(shi)公平鎖,fair為(wei)false表示是(shi)(shi)非公平鎖。 ReentrantLock(boolean fair) // 查詢當前線(xian)程(cheng)保持此鎖(suo)的次數(shu)。 int getHoldCount() // 返(fan)回目前擁(yong)有此鎖(suo)的(de)線程,如果此鎖(suo)不(bu)被任何線程擁(yong)有,則返(fan)回 null。 protected Thread getOwner() // 返回一個 collection,它(ta)包含可(ke)能(neng)正(zheng)等(deng)待(dai)獲取此鎖的線程(cheng)。 protected Collection<Thread> getQueuedThreads() // 返回正(zheng)等待(dai)獲取此鎖的線程估(gu)計數。 int getQueueLength() // 返回一個 collection,它包含(han)可能正(zheng)在等待(dai)與此鎖相(xiang)關給定(ding)條件(jian)的那些(xie)線程(cheng)。 protected Collection<Thread> getWaitingThreads(Condition condition) // 返回等待(dai)與此鎖相關的給(gei)定(ding)條件的線程(cheng)估(gu)計數。 int getWaitQueueLength(Condition condition) // 查詢給定(ding)線程是否正在等待獲(huo)取(qu)此(ci)鎖。 boolean hasQueuedThread(Thread thread) // 查(cha)詢是否有些線程正在(zai)等待獲取(qu)此鎖(suo)。 boolean hasQueuedThreads() // 查詢是(shi)否(fou)有些線程正在等待與此(ci)鎖(suo)有關的給定條件。 boolean hasWaiters(Condition condition) // 如(ru)果是(shi)“公平鎖”返回true,否則返回false。 boolean isFair() // 查詢當前線程是否保持此(ci)鎖。 boolean isHeldByCurrentThread() // 查詢此鎖(suo)是否由任意(yi)線程保持。 boolean isLocked() // 獲取鎖。 void lock() // 如果當(dang)前線程未被中斷,則獲取鎖。 void lockInterruptibly() // 返(fan)回用來(lai)與此 Lock 實例一起使用的(de) Condition 實例。 Condition newCondition() // 僅在調用時(shi)鎖未(wei)被另一個線程保持的情況下,才獲(huo)取該(gai)鎖。 boolean tryLock() // 如果鎖(suo)在(zai)給定等待時(shi)間內沒有被另一個(ge)線(xian)程保持,且當前線(xian)程未被中斷,則獲取該鎖(suo)。 boolean tryLock(long timeout, TimeUnit unit) // 試(shi)圖釋放此(ci)鎖(suo)。 void unlock()
ReentrantLock示例
通(tong)過對比“示(shi)(shi)例1”和“示(shi)(shi)例2”,我們能夠清晰(xi)的認(ren)識lock和unlock的作用
示例(li)1
1 import java.util.concurrent.locks.Lock; 2 import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock; 3 4 // LockTest1.java 5 // 倉庫 6 class Depot { 7 private int size; // 倉庫(ku)的實(shi)際(ji)數(shu)量 8 private Lock lock; // 獨占鎖 9 10 public Depot() { 11 this.size = 0; 12 this.lock = new ReentrantLock(); 13 } 14 15 public void produce(int val) { 16 lock.lock(); 17 try { 18 size += val; 19 System.out.printf("%s produce(%d) --> size=%d\n", 20 Thread.currentThread().getName(), val, size); 21 } finally { 22 lock.unlock(); 23 } 24 } 25 26 public void consume(int val) { 27 lock.lock(); 28 try { 29 size -= val; 30 System.out.printf("%s consume(%d) <-- size=%d\n", 31 Thread.currentThread().getName(), val, size); 32 } finally { 33 lock.unlock(); 34 } 35 } 36 }; 37 38 // 生(sheng)產者 39 class Producer { 40 private Depot depot; 41 42 public Producer(Depot depot) { 43 this.depot = depot; 44 } 45 46 // 消(xiao)費產(chan)品:新建一(yi)個線程向倉庫(ku)中生產(chan)產(chan)品。 47 public void produce(final int val) { 48 new Thread() { 49 public void run() { 50 depot.produce(val); 51 } 52 }.start(); 53 } 54 } 55 56 // 消(xiao)費(fei)者(zhe) 57 class Customer { 58 private Depot depot; 59 60 public Customer(Depot depot) { 61 this.depot = depot; 62 } 63 64 // 消(xiao)費(fei)產(chan)品:新建一個(ge)線(xian)程從倉(cang)庫中消(xiao)費(fei)產(chan)品。 65 public void consume(final int val) { 66 new Thread() { 67 public void run() { 68 depot.consume(val); 69 } 70 }.start(); 71 } 72 } 73 74 public class LockTest1 { 75 public static void main(String[] args) { 76 Depot mDepot = new Depot(); 77 Producer mPro = new Producer(mDepot); 78 Customer mCus = new Customer(mDepot); 79 80 mPro.produce(60); 81 mPro.produce(120); 82 mCus.consume(90); 83 mCus.consume(150); 84 mPro.produce(110); 85 } 86 }
運行結果:
Thread-0 produce(60) --> size=60 Thread-1 produce(120) --> size=180 Thread-3 consume(150) <-- size=30 Thread-2 consume(90) <-- size=-60 Thread-4 produce(110) --> size=50
結果分析:
(01) Depot 是個倉(cang)(cang)庫(ku)。通過(guo)(guo)produce()能往倉(cang)(cang)庫(ku)中(zhong)(zhong)生產(chan)貨(huo)物,通過(guo)(guo)consume()能消費(fei)倉(cang)(cang)庫(ku)中(zhong)(zhong)的貨(huo)物。通過(guo)(guo)獨(du)占鎖lock實(shi)現(xian)對倉(cang)(cang)庫(ku)的互斥訪問:在(zai)操作(生產(chan)/消費(fei))倉(cang)(cang)庫(ku)中(zhong)(zhong)貨(huo)品前,會先通過(guo)(guo)lock()鎖住倉(cang)(cang)庫(ku),操作完之(zhi)后再通過(guo)(guo)unlock()解(jie)鎖。
(02) Producer是生產者類。調用Producer中(zhong)的produce()函數(shu)可以新建一(yi)個線(xian)程往倉庫中(zhong)生產產品。
(03) Customer是消費(fei)(fei)者(zhe)類(lei)。調用Customer中的(de)(de)consume()函數可以新建(jian)一(yi)個線程消費(fei)(fei)倉庫中的(de)(de)產(chan)品。
(04) 在主線程main中(zhong),我們(men)會新(xin)建1個(ge)生(sheng)產者mPro,同時新(xin)建1個(ge)消費者mCus。它們(men)分別向倉(cang)庫中(zhong)生(sheng)產/消費產品(pin)。
根(gen)據(ju)main中的生產(chan)/消(xiao)費數量,倉庫最終(zhong)剩余的產(chan)品應該(gai)是50。運行結果是符合(he)我(wo)們預期的!
這個(ge)模型存在兩個(ge)問題(ti):
(01) 現實中,倉庫的(de)容量(liang)不可(ke)能為負(fu)數(shu)。但(dan)是,此模型中的(de)倉庫容量(liang)可(ke)以為負(fu)數(shu),這與現實相(xiang)矛盾!
(02) 現實中(zhong),倉庫(ku)的(de)容量是(shi)有限制的(de)。但是(shi),此模型中(zhong)的(de)容量確實沒(mei)有限制的(de)!
這兩(liang)個問題,我們稍(shao)微會(hui)講到如何(he)解決(jue)。現在(zai),先看個簡單的示例(li)2;通過對比“示例(li)1”和“示例(li)2”,我們能(neng)更清晰的認識lock(),unlock()的用途。
示(shi)例2
1 import java.util.concurrent.locks.Lock; 2 import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock; 3 4 // LockTest2.java 5 // 倉(cang)庫 6 class Depot { 7 private int size; // 倉庫的實際數量 8 private Lock lock; // 獨占鎖 9 10 public Depot() { 11 this.size = 0; 12 this.lock = new ReentrantLock(); 13 } 14 15 public void produce(int val) { 16 // lock.lock(); 17 // try { 18 size += val; 19 System.out.printf("%s produce(%d) --> size=%d\n", 20 Thread.currentThread().getName(), val, size); 21 // } catch (InterruptedException e) { 22 // } finally { 23 // lock.unlock(); 24 // } 25 } 26 27 public void consume(int val) { 28 // lock.lock(); 29 // try { 30 size -= val; 31 System.out.printf("%s consume(%d) <-- size=%d\n", 32 Thread.currentThread().getName(), val, size); 33 // } finally { 34 // lock.unlock(); 35 // } 36 } 37 }; 38 39 // 生(sheng)產者 40 class Producer { 41 private Depot depot; 42 43 public Producer(Depot depot) { 44 this.depot = depot; 45 } 46 47 // 消費產(chan)品(pin):新建一個線程向倉庫中生產(chan)產(chan)品(pin)。 48 public void produce(final int val) { 49 new Thread() { 50 public void run() { 51 depot.produce(val); 52 } 53 }.start(); 54 } 55 } 56 57 // 消費者 58 class Customer { 59 private Depot depot; 60 61 public Customer(Depot depot) { 62 this.depot = depot; 63 } 64 65 // 消費(fei)產(chan)品:新建一個線(xian)程從倉(cang)庫(ku)中消費(fei)產(chan)品。 66 public void consume(final int val) { 67 new Thread() { 68 public void run() { 69 depot.consume(val); 70 } 71 }.start(); 72 } 73 } 74 75 public class LockTest2 { 76 public static void main(String[] args) { 77 Depot mDepot = new Depot(); 78 Producer mPro = new Producer(mDepot); 79 Customer mCus = new Customer(mDepot); 80 81 mPro.produce(60); 82 mPro.produce(120); 83 mCus.consume(90); 84 mCus.consume(150); 85 mPro.produce(110); 86 } 87 }
(某一次)運行結果:
Thread-0 produce(60) --> size=-60 Thread-4 produce(110) --> size=50 Thread-2 consume(90) <-- size=-60 Thread-1 produce(120) --> size=-60 Thread-3 consume(150) <-- size=-60
結果說明:
“示(shi)例2”在“示(shi)例1”的(de)(de)基礎(chu)上去掉了(le)lock鎖。在“示(shi)例2”中,倉庫中最終剩余(yu)的(de)(de)產品是(shi)(shi)-60,而不是(shi)(shi)我們(men)期望的(de)(de)50。原因是(shi)(shi)我們(men)沒(mei)有實現對倉庫的(de)(de)互斥訪問。
示例3
在“示例3”中(zhong),我們通(tong)過(guo)Condition去(qu)解決“示例1”中(zhong)的兩個問題:“倉(cang)(cang)庫的容量不(bu)可能為負數”以(yi)及“倉(cang)(cang)庫的容量是(shi)有(you)限制的”。
解決該(gai)問題是通過(guo)(guo)Condition。Condition是需要和(he)Lock聯合使(shi)用的:通過(guo)(guo)Condition中的await()方(fang)法,能(neng)讓線程阻塞[類(lei)似(si)于wait()];通過(guo)(guo)Condition的signal()方(fang)法,能(neng)讓喚醒線程[類(lei)似(si)于notify()]。
1 import java.util.concurrent.locks.Lock; 2 import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock; 3 import java.util.concurrent.locks.Condition; 4 5 // LockTest3.java 6 // 倉庫 7 class Depot { 8 private int capacity; // 倉(cang)庫(ku)的容量 9 private int size; // 倉庫(ku)的實際數量 10 private Lock lock; // 獨(du)占鎖 11 private Condition fullCondtion; // 生產條件 12 private Condition emptyCondtion; // 消費條件 13 14 public Depot(int capacity) { 15 this.capacity = capacity; 16 this.size = 0; 17 this.lock = new ReentrantLock(); 18 this.fullCondtion = lock.newCondition(); 19 this.emptyCondtion = lock.newCondition(); 20 } 21 22 public void produce(int val) { 23 lock.lock(); 24 try { 25 // left 表示“想要生產(chan)(chan)的數量(liang)”(有可能生產(chan)(chan)量(liang)太(tai)多,需多此生產(chan)(chan)) 26 int left = val; 27 while (left > 0) { 28 // 庫存已滿時,等待“消(xiao)費(fei)者”消(xiao)費(fei)產品。 29 while (size >= capacity) 30 fullCondtion.await(); 31 // 獲(huo)取“實際(ji)生產的(de)數量”(即庫(ku)存中新增的(de)數量) 32 // 如果“庫存”+“想要生產的數量”>“總的容量”,則“實際增量”=“總的容量”-“當(dang)前容量”。(此時填滿倉庫) 33 // 否則“實際(ji)增量”=“想(xiang)要生產的數量” 34 int inc = (size+left)>capacity ? (capacity-size) : left; 35 size += inc; 36 left -= inc; 37 System.out.printf("%s produce(%3d) --> left=%3d, inc=%3d, size=%3d\n", 38 Thread.currentThread().getName(), val, left, inc, size); 39 // 通知“消(xiao)費(fei)者”可以消(xiao)費(fei)了。 40 emptyCondtion.signal(); 41 } 42 } catch (InterruptedException e) { 43 } finally { 44 lock.unlock(); 45 } 46 } 47 48 public void consume(int val) { 49 lock.lock(); 50 try { 51 // left 表(biao)示“客戶要消(xiao)費(fei)(fei)數量”(有(you)可能消(xiao)費(fei)(fei)量太大(da),庫存不夠,需多此(ci)消(xiao)費(fei)(fei)) 52 int left = val; 53 while (left > 0) { 54 // 庫存為0時,等待“生(sheng)產者”生(sheng)產產品(pin)。 55 while (size <= 0) 56 emptyCondtion.await(); 57 // 獲取“實際(ji)(ji)消費的(de)數量”(即(ji)庫(ku)存中實際(ji)(ji)減少的(de)數量) 58 // 如果“庫存(cun)”<“客戶要消(xiao)費(fei)的數(shu)量”,則“實際(ji)消(xiao)費(fei)量”=“庫存(cun)”; 59 // 否則(ze),“實際(ji)消費量”=“客戶要消費的(de)數量”。 60 int dec = (size<left) ? size : left; 61 size -= dec; 62 left -= dec; 63 System.out.printf("%s consume(%3d) <-- left=%3d, dec=%3d, size=%3d\n", 64 Thread.currentThread().getName(), val, left, dec, size); 65 fullCondtion.signal(); 66 } 67 } catch (InterruptedException e) { 68 } finally { 69 lock.unlock(); 70 } 71 } 72 73 public String toString() { 74 return "capacity:"+capacity+", actual size:"+size; 75 } 76 }; 77 78 // 生產者(zhe) 79 class Producer { 80 private Depot depot; 81 82 public Producer(Depot depot) { 83 this.depot = depot; 84 } 85 86 // 消費產品:新建(jian)一個(ge)線程向倉庫中生產產品。 87 public void produce(final int val) { 88 new Thread() { 89 public void run() { 90 depot.produce(val); 91 } 92 }.start(); 93 } 94 } 95 96 // 消費者 97 class Customer { 98 private Depot depot; 99 100 public Customer(Depot depot) { 101 this.depot = depot; 102 } 103 104 // 消費(fei)產(chan)品:新建一個線程從倉庫(ku)中消費(fei)產(chan)品。 105 public void consume(final int val) { 106 new Thread() { 107 public void run() { 108 depot.consume(val); 109 } 110 }.start(); 111 } 112 } 113 114 public class LockTest3 { 115 public static void main(String[] args) { 116 Depot mDepot = new Depot(100); 117 Producer mPro = new Producer(mDepot); 118 Customer mCus = new Customer(mDepot); 119 120 mPro.produce(60); 121 mPro.produce(120); 122 mCus.consume(90); 123 mCus.consume(150); 124 mPro.produce(110); 125 } 126 }
(某一次)運行結果:
Thread-0 produce( 60) --> left= 0, inc= 60, size= 60 Thread-1 produce(120) --> left= 80, inc= 40, size=100 Thread-2 consume( 90) <-- left= 0, dec= 90, size= 10 Thread-3 consume(150) <-- left=140, dec= 10, size= 0 Thread-4 produce(110) --> left= 10, inc=100, size=100 Thread-3 consume(150) <-- left= 40, dec=100, size= 0 Thread-4 produce(110) --> left= 0, inc= 10, size= 10 Thread-3 consume(150) <-- left= 30, dec= 10, size= 0 Thread-1 produce(120) --> left= 0, inc= 80, size= 80 Thread-3 consume(150) <-- left= 0, dec= 30, size= 50
代碼中的已(yi)經包含(han)了很(hen)詳細(xi)的注釋,這里(li)就不再說明(ming)了。
更多“生產者/消費者模型”的更多內容,可以參考“Java多線程系列--“基礎篇”11之 生產(chan)消費者問題(ti)”。
而(er)關于(yu)Condition的(de)內容(rong),在后(hou)面(mian)我們會詳細介紹。
更多內容(rong)
1. Java多線程(cheng)系(xi)列--“JUC鎖”01之(zhi) 框架
2. Java多線程系列目錄(lu)(共xx篇(pian))
