java中Locks的使用详解

之前文章中我们讲到，java中实现同步的方式是使用synchronized block。在java 5中，Locks被引入了，来提供更加灵活的同步控制。

本文将会深入的讲解Lock的使用。

Lock和Synchronized Block的区别

我们在之前的Synchronized Block的文章中讲到了使用Synchronized来实现java的同步。既然Synchronized Block那么好用，为什么会引入新的Lock呢？

主要有下面几点区别：

• synchronized block只能写在一个方法里面，而Lock的lock()和unlock()可以分别在不同的方法里面。
• synchronized block 不支持公平锁，一旦锁被释放，任何线程都有机会获取被释放的锁。而使用 Lock APIs则可以支持公平锁。从而让等待时间最长的线程有限执行。
• 使用synchronized block，如果线程拿不到锁，将会被Blocked。 Lock API 提供了一个tryLock() 的方法，可以判断是否可以获得lock，这样可以减少线程被阻塞的时间。
• 当线程在等待synchronized block锁的时候，是不能被中断的。如果使用Lock API，则可以使用 lockInterruptibly()来中断线程。

Lock interface

我们来看下Lock interface的定义, Lock interface定义了下面几个主要使用的方法：

• void lock() - 尝试获取锁，如果获取不到锁，则会进入阻塞状态。
• void lockInterruptibly() - 和lock（）很类似，但是它可以将正在阻塞的线程中断，并抛出java.lang.InterruptedException。
• boolean tryLock() – 这是lock()的非阻塞版本，它回尝试获取锁，并立刻返回是否获取成功。
• boolean tryLock(long timeout, TimeUnit timeUnit) – 和tryLock()很像，只是多了一个尝试获取锁的时间。
• void unlock() – unlock实例。
• Condition newCondition() - 生成一个和当前Lock实例绑定的Condition。

在使用Lock的时候，一定要unlocked，以避免死锁。所以，通常我们我们要在try catch中使用：

Lock lock = ...;
lock.lock();
try {
  // access to the shared resource
} finally {
  lock.unlock();
}

除了Lock接口，还有一个ReadWriteLock接口，在其中定义了两个方法，实现了读锁和写锁分离：

• Lock readLock() – 返回读锁
• Lock writeLock() – 返回写锁

其中读锁可以同时被很多线程获得，只要不进行写操作。写锁同时只能被一个线程获取。

接下来，我们几个Lock的常用是实现类。

ReentrantLock

ReentrantLock是Lock的一个实现，什么是ReentrantLock（可重入锁）呢？

简单点说可重入锁就是当前线程已经获得了该锁，如果该线程的其他方法在调用的时候也需要获取该锁，那么该锁的lock数量+1，并且允许进入该方法。

不可重入锁：只判断这个锁有没有被锁上，只要被锁上申请锁的线程都会被要求等待。实现简单
可重入锁：不仅判断锁有没有被锁上，还会判断锁是谁锁上的，当就是自己锁上的时候，那么他依旧可以再次访问临界资源，并把加锁次数加一。

我们看下怎么使用ReentrantLock：

  public void perform() {

    lock.lock();
    try {
      counter++;
    } finally {
      lock.unlock();
    }
  }

下面是使用tryLock（）的例子：

  public void performTryLock() throws InterruptedException {
    boolean isLockAcquired = lock.tryLock(1, TimeUnit.SECONDS);

    if(isLockAcquired) {
      try {
        counter++;
      } finally {
        lock.unlock();
      }
    }
  }

ReentrantReadWriteLock

ReentrantReadWriteLock是ReadWriteLock的一个实现。上面也讲到了ReadWriteLock主要有两个方法：

• Read Lock - 如果没有线程获得写锁，那么可以多个线程获得读锁。
• Write Lock - 如果没有其他的线程获得读锁和写锁，那么只有一个线程能够获得写锁。

我们看下怎么使用writeLock：

  Map<String,String> syncHashMap = new HashMap<>();
  ReadWriteLock lock = new ReentrantReadWriteLock();

  Lock writeLock = lock.writeLock();

  public void put(String key, String value) {
    try {
      writeLock.lock();
      syncHashMap.put(key, value);
    } finally {
      writeLock.unlock();
    }
  }

  public String remove(String key){
    try {
      writeLock.lock();
      return syncHashMap.remove(key);
    } finally {
      writeLock.unlock();
    }
  }

再看下怎么使用readLock：

  Lock readLock = lock.readLock();
  public String get(String key){
    try {
      readLock.lock();
      return syncHashMap.get(key);
    } finally {
      readLock.unlock();
    }
  }

  public boolean containsKey(String key) {
    try {
      readLock.lock();
      return syncHashMap.containsKey(key);
    } finally {
      readLock.unlock();
    }
  }

StampedLock

StampedLock也支持读写锁，获取锁的是会返回一个stamp，通过该stamp来进行释放锁操作。

上我们讲到了如果写锁存在的话，读锁是无法被获取的。但有时候我们读操作并不想进行加锁操作，这个时候我们就需要使用乐观读锁。

StampedLock中的stamped类似乐观锁中的版本的概念，当我们在
StampedLock中调用lock方法的时候，就会返回一个stamp，代表锁当时的状态，在乐观读锁的使用过程中，在读取数据之后，我们回去判断该stamp状态是否变化，如果变化了就说明该stamp被另外的write线程修改了，这说明我们之前的读是无效的，这个时候我们就需要将乐观读锁升级为读锁，来重新获取数据。

我们举个例子，先看下write排它锁的情况：

  private double x, y;
  private final StampedLock sl = new StampedLock();

  void move(double deltaX, double deltaY) { // an exclusively locked method
    long stamp = sl.writeLock();
    try {
      x += deltaX;
      y += deltaY;
    } finally {
      sl.unlockWrite(stamp);
    }
  }

再看下乐观读锁的情况：

  double distanceFromOrigin() { // A read-only method
    long stamp = sl.tryOptimisticRead();
    double currentX = x, currentY = y;
    if (!sl.validate(stamp)) {
      stamp = sl.readLock();
      try {
        currentX = x;
        currentY = y;
      } finally {
        sl.unlockRead(stamp);
      }
    }
    return Math.sqrt(currentX * currentX + currentY * currentY);
  }

上面使用tryOptimisticRead（）来尝试获取乐观读锁，然后通过sl.validate(stamp)来判断该stamp是否被改变，如果改变了，说明之前的read是无效的，那么需要重新来读取。

最后，StampedLock还提供了一个将read锁和乐观读锁升级为write锁的功能：

  void moveIfAtOrigin(double newX, double newY) { // upgrade
    // Could instead start with optimistic, not read mode
    long stamp = sl.readLock();
    try {
      while (x == 0.0 && y == 0.0) {
        long ws = sl.tryConvertToWriteLock(stamp);
        if (ws != 0L) {
          stamp = ws;
          x = newX;
          y = newY;
          break;
        }
        else {
          sl.unlockRead(stamp);
          stamp = sl.writeLock();
        }
      }
    } finally {
      sl.unlock(stamp);
    }
  }

上面的例子是通过使用tryConvertToWriteLock(stamp)来实现升级的。

Conditions

上面讲Lock接口的时候有提到其中的一个方法：

Condition newCondition();

Condition提供了await和signal方法，类似于Object中的wait和notify。

不同的是Condition提供了更加细粒度的等待集划分。我们举个例子：

public class ConditionUsage {
  final Lock lock = new ReentrantLock();
  final Condition notFull = lock.newCondition();
  final Condition notEmpty = lock.newCondition();

  final Object[] items = new Object[100];
  int putptr, takeptr, count;

  public void put(Object x) throws InterruptedException {
    lock.lock();
    try {
      while (count == items.length)
        notFull.await();
      items[putptr] = x;
      if (++putptr == items.length) putptr = 0;
      ++count;
      notEmpty.signal();
    } finally {
      lock.unlock();
    }
  }

  public Object take() throws InterruptedException {
    lock.lock();
    try {
      while (count == 0)
        notEmpty.await();
      Object x = items[takeptr];
      if (++takeptr == items.length) takeptr = 0;
      --count;
      notFull.signal();
      return x;
    } finally {
      lock.unlock();
    }
  }
}

上面的例子实现了一个ArrayBlockingQueue，我们可以看到在同一个Lock实例中，创建了两个Condition，分别代表队列未满，队列未空。通过这种细粒度的划分，我们可以更好的控制业务逻辑。

本文的例子可以参考https://github.com/ddean2009/learn-java-concurrency/tree/master/Locks

到此这篇关于java中Locks的使用详解的文章就介绍到这了,更多相关java Locks内容请搜索我们以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持我们！