java并发编程Lock锁可重入性与公平性分析

目录

• 一、相似之处：Lock锁 vs Synchronized 代码块
• 二、Lock接口中的方法
• 三、不同点：Lock锁 vs Synchronized 代码块
• 四、锁的可重入性
• 4.1. synchronized锁的可重入性
• 4.2.ReentrantLock可重入锁
• 五、Lock锁的公平性

一、相似之处：Lock锁 vs Synchronized 代码块

Lock锁是一种类似于synchronized 同步代码块的线程同步机制。从Java 5开始java.util.concurrent.locks引入了若干个Lock锁的实现类，所以通常情况下我们不需要实现自己的锁，重要的是需要知道如何使用它们，了解它们实现背后的原理。

Lock锁API的基本使用方法和Synchronized 关键字大同小异，代码如下

Lock lock = new ReentrantLock();  //实例化锁
//lock.lock(); //上锁
boolean locked = lock.tryLock();  //尝试上锁
if(locked){
  try {
    //被锁定的同步代码块，同时只能被一个线程执行
  }finally {
    lock.unlock(); //放在finally代码块中，保证锁一定会被释放
  }
}

synchronized(obj){
    //被锁定的同步代码块，同时只能被一个线程执行
}

Lock锁使用看上去麻烦一点，但是java默认提供了很多Lock锁，能满足更多的应用场景。比如：基于信号量加锁、读写锁等等，关注我的专栏《java并发编程》，后续都会介绍。

二、Lock接口中的方法

Lock接口实现方法通常会维护一个计数器，当计数器=0的时候资源被释放，当计数器大于1的时候资源被锁定。

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

• lock() - 调用该方法会使锁定计数器增加1，如果此时共享资源是空闲的，则将锁交给调用该方法的线程。
• unlock() - 调用该方法使锁定计数器减少1，当锁定计数器为0时，资源被释放。
• tryLock() - 如果该资源是空闲的，那么调用该方法将返回true，锁定计数器将增加1。如果资源处于被占用状态，那么该方法返回false，但是线程将不被阻塞。
• tryLock(long timeout, TimeUnit unit) - 按照该方法尝试获得锁，如果资源此时被占用，线程在退出前等待一定的时间段，该时间段由该方法的参数定义，以期望在此时间内获得资源锁。
• lockInterruptibly() - 如果资源是空闲的，该方法会获取锁，同时允许线程在获取资源时被其他线程打断。这意味着，如果当前线程正在等待一个锁，但其他线程要求获得该锁，那么当前线程将被中断，并立即返回不会获得锁。

三、不同点：Lock锁 vs Synchronized 代码块

使用synchronized同步块和使用Lock API 之间还是有一些区别的

• 一个synchronized同步块必须完全包含在一个方法中 - 但Lock API的lock()和unlock()操作，可以在不同的方法中进行
• synchronized同步块不支持公平性原则，任何线程都可以在释放后重新获得锁，不能指定优先级。但我们可以通过指定fairness 属性在Lock API中实现公平的优先级，可以实现等待时间最长的线程被赋予对锁的占有权。
• 如果一个线程无法访问synchronized同步块，它就会被阻塞等待。Lock API提供了tryLock()方法，尝试获取锁对象，获取到锁返回true，否则返回false。返回false并不阻塞线程，所以使用该方法可以减少等待锁的线程的阻塞时间。

四、锁的可重入性

”可重入“意味着某个线程可以安全地多次获得同一个锁对象，而不会造成死锁。

4.1. synchronized锁的可重入性

下面的代码synchronized代码块嵌套synchronized代码块，锁定同一个this对象，不会产生死锁。证明synchronized代码块针对同一个对象加锁，是可重入的。

public void testLock(){
    synchronized (this) {
      System.out.println("第1次获取锁，锁对象是：" + this);
      int index = 1;
      do {
        synchronized (this) {
          System.out.println("第" + (++index) + "次获取锁，锁对象是：" + this);
        }
      } while (index != 10);
    }
}

上面的这段代码输出结果是

第1次获取锁，锁对象是：com.example.demo.thread.TestLockReentrant@769c9116
第2次获取锁，锁对象是：com.example.demo.thread.TestLockReentrant@769c9116
第3次获取锁，锁对象是：com.example.demo.thread.TestLockReentrant@769c9116
第4次获取锁，锁对象是：com.example.demo.thread.TestLockReentrant@769c9116
第5次获取锁，锁对象是：com.example.demo.thread.TestLockReentrant@769c9116
第6次获取锁，锁对象是：com.example.demo.thread.TestLockReentrant@769c9116
第7次获取锁，锁对象是：com.example.demo.thread.TestLockReentrant@769c9116
第8次获取锁，锁对象是：com.example.demo.thread.TestLockReentrant@769c9116
第9次获取锁，锁对象是：com.example.demo.thread.TestLockReentrant@769c9116
第10次获取锁，锁对象是：com.example.demo.thread.TestLockReentrant@769c9116

4.2.ReentrantLock可重入锁

Lock接口的实现类ReentrantLock，也是可重入锁。一般来说类名包含Reentrant的Lock接口实现类实现的锁都是可重入的。

public void testLock1(){
  Lock lock = new ReentrantLock();  //实例化锁
  lock.lock();  //上锁
  System.out.println("第1次获取锁，锁对象是：" + lock);
  try {
    int index = 1;
    do {
      lock.lock();  //上锁
      try {
        System.out.println("第" + (++index) + "次获取锁，锁对象是：" + lock);
      }finally {
        lock.unlock();
      }
    } while (index != 10);
  }finally {
    lock.unlock(); //放在finally代码块中，保证锁一定会被释放
  }
}

当线程第一次获得锁的时候，计数器被设置为1。在解锁之前，该线程可以再次获得锁，每次计数器都会增加1。对于每一个解锁操作，计数器被递减1，当计数器为0时锁定资源被释放。所以最重要的是：lock(tryLock)要与unlock方法成对出现，即：在代码中加锁一次就必须解锁一次，否则就死锁

五、Lock锁的公平性

Java的synchronized 同步块对试图进入它们的线程，被授予访问权（占有权）的优先级顺序没有任何保证。因此如果许多线程不断争夺对同一个synchronized 同步块的访问权，就有可能有一个或多个线程从未被授予访问权。这就造成了所谓的 "线程饥饿"。为了避免这种情况，锁应该是公平的。

Lock lock = new ReentrantLock(true);

可重入锁提供了一个公平性参数fairness ，通过该参数Lock锁将遵守锁请求的顺序，即在一个线程解锁资源后，锁将被交给等待时间最长的线程。这种公平模式是通过在锁的构造函数中传递 "true "来设置的。

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