Java并发读书笔记:Lock与ReentrantLock

Lock 位于 java.util.concurrent.locks 包下,是一种线程同步机制,就像 synchronized 块一样。但是, Locksynchronized 块更灵活、更复杂。

话不多说,我们直接来看官方文档对Lock接口相关概念及功能的描述,今天又是看英文文档,翻译理解的一天。

一、Lock继承关系

二、官方文档解读

三、Lock接口方法解读

void lock()

获取锁。如果锁不可用,则当前线程将出于线程调度目的而禁用,并处于休眠状态,直到获得锁为止。

void lockInterruptibly() throws InterruptedException;

如果当前线程未被中断,则获取锁。如果锁可用,则获取锁并立即返回。

如果锁不可用,出于线程调度目的,将禁用当前线程,该线程将一直处于休眠状态。

下面两种情形会让当前线程停止休眠状态:

  • 锁由当前线程获取。

  • 其他一些线程中断当前线程,并且支持对锁获取的中断。

当前线程出现下面两种情况时,将抛出 InterruptedException ,并清除当前线程的中断状态。

  • 当前线程在进入此方法时,已经设置为中断状态。

  • 当前线程在获取锁时被中断,并且支持对锁获取中断。

boolean tryLock();

尝试获取锁,如果锁处于空闲状态,则获取锁,并立即返回true。如果锁不可用,则立即返回false。

该方法的典型使用:

Lock lock = ...;
    //确保锁在被获取时被解锁
    if (lock.tryLock()) {
        try {
            // manipulate protected state
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    } else {
        // perform alternative actions
    }
boolean tryLock(long time, TimeUnit unit) throws  InterruptedException;

该方法为tryLock()的重载方法,两个参数分别表示为:

  • time:等待锁的最长时间
  • unit:时间单位

如果在给定的等待时间内是空闲的并且当前线程没有被中断,则获取锁。如果锁可用,则此方法立即获取锁并返回true,如果锁不可用,出于线程调度目的,将禁用当前线程,该线程将一直处于休眠状态。

下面三种情形会让当前线程停止休眠状态:

  • 锁由当前线程获取。

  • 其他一些线程中断当前线程,并且支持对锁获取的中断。
  • 到了指定的等待时间。

当前线程出现下面两种情况时,将抛出InterruptedException,并清除当前线程的中断状态。

  • 当前线程在进入此方法时,已经设置为中断状态。

  • 当前线程在获取锁时被中断,并且支持对锁获取中断。

如果指定的等待时间超时,则返回false值。如果时间小于或等于0,则该方法永远不会等待。

void unlock()

释放锁,与lock()、tryLock()、tryLock(long , TimeUnit)、lockInterruptibly()相对应。

Condition newCondition()

返回绑定到此锁实例的Condition实例。当前线程只有获得了锁,才能调用Condition实例的await()方法,并释放锁。

四、重要实现类ReentrantLock

顾名思义,ReentrantLock是重入锁,关于这个重入锁,之前涉及过一些知识,在这里做整合,并稍微地补充一下。

ReentrantLock 位于 java.util.concurrent(J.U.C) 包下,是Lock接口的实现类。基本用法与 synchronized 相似,都具备 可重入互斥 的特性,但拥有扩展的功能。

RenntrantLock推荐的基本写法:

class X {
    //定义锁对象
    private final ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
    // ...
    //定义需要保证线程安全的方法
    public void m() {
        //加锁
        lock.lock();  
        try{
        // 保证线程安全的代码
        }
        // 使用finally块保证释放锁
        finally {
            lock.unlock()
        }
    }
}

1、API层面的锁

ReentrantLock表现为 API层面的互斥锁 ,通过 lock()unlock() 方法完成,是显式的,而synchronized表现为 原生语法层面的互斥锁 ,是隐式的。

2、可重入的

重进入意味着: 任意线程在获取到锁之后能够再次获取该锁而不会被锁阻塞synchronized 和Reentrant都是可重入的,隐式显式之分。

实现可重入需要解决的两个关键部分:

  1. 锁需要去识别获取锁的线程是否是当前占据锁的线程,如果是的话,就成功获取。
  2. 锁获取一次,内部锁计数器需要加一,释放一次减一,计数为零表示为成功释放锁。

3、可公平的

关于锁公平的部分,官方文档是这样描述的(英文我就不贴了),词汇较简单,我试着翻译一下:

Reentrant类的构造函数接受一个 可选的公平性参数fair 。这时候就出现两种选择:

  • 公平的(fair == true): 保证等待时间最长的线程优先获取锁 ,即FIFO。
  • 非公平的(fair == false):此锁不保证任何特定的访问顺序。

公平锁往往体现处的总体吞吐量比非公平锁要低,也就是更慢。

锁的公平性并不保证线程调度的公平性,但公平锁能够减少"饥饿"发生的概率。

需要注意的是:不定时的tryLock()方法不支持公平性设置。如果锁可用,即使其他线程等待时间比它长,它也会成功获得锁。

4、等待可中断

当持有线程长期不释放锁的时候,正在等待的线程可 以选择放弃等待处理其他事情

5、锁绑定

一个ReentrantLock对象 可以通过newCondition()同时绑定多个Condition对象

JDK1.6之前,ReentrantLock在性能方面是要领先于synchronized锁的,但是JDK1.6及之后版本实现了各种锁优化技术,可参考:

聊聊并发Java SE1.6中的Synchronized ,后续性能改进会更加偏向于原生的synchronized。

参考资料:

《深入理解Java虚拟机》周志明

《Java并发编程的艺术》方腾飞

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