並發編程系列之Lock鎖可重入性與公平性

扶朕去網吧 2022-05-14 14:39:24 阅读数:778

系列lock重入公平性公平

一、相似之處:Lock鎖 vs Synchronized 代碼塊

Lock鎖是一種類似於synchronized 同步代碼塊的線程同步機制。從Java 5開始java.util.concurrent.locks引入了若幹個Lock鎖的實現類,所以通常情况下我們不需要實現自己的鎖,重要的是需要知道如何使用它們,了解它們實現背後的原理。

Lock鎖API的基本使用方法和Synchronized 關鍵字大同小异,代碼如下

Lock lock = new ReentrantLock(); //實例化鎖
//lock.lock(); //上鎖
boolean locked = lock.tryLock(); //嘗試上鎖
if(locked){
try {
//被鎖定的同步代碼塊,同時只能被一個線程執行
}finally {
lock.unlock(); //放在finally代碼塊中,保證鎖一定會被釋放
}
}
synchronized(obj){
//被鎖定的同步代碼塊,同時只能被一個線程執行
}

Lock鎖使用看上去麻煩一點,但是java默認提供了很多Lock鎖,能滿足更多的應用場景。比如:基於信號量加鎖、讀寫鎖等等,關注我的專欄《java並發編程》,後續都會介紹。

二、Lock接口中的方法

Lock接口實現方法通常會維護一個計數器,當計數器=0的時候資源被釋放,當計數器大於1的時候資源被鎖定。

public interface Lock {
void lock();
void lockInterruptibly() throws InterruptedException;
boolean tryLock();
boolean tryLock(long time, TimeUnit unit) throws InterruptedException;
void unlock();
Condition newCondition();
}
  • lock() - 調用該方法會使鎖定計數器增加1,如果此時共享資源是空閑的,則將鎖交給調用該方法的線程。
  • unlock() - 調用該方法使鎖定計數器减少1,當鎖定計數器為0時,資源被釋放。
  • tryLock() - 如果該資源是空閑的,那麼調用該方法將返回true,鎖定計數器將增加1。如果資源處於被占用狀態,那麼該方法返回false,但是線程將不被阻塞。
  • tryLock(long timeout, TimeUnit unit) - 按照該方法嘗試獲得鎖,如果資源此時被占用,線程在退出前等待一定的時間段,該時間段由該方法的參數定義,以期望在此時間內獲得資源鎖。
  • lockInterruptibly() - 如果資源是空閑的,該方法會獲取鎖,同時允許線程在獲取資源時被其他線程打斷。這意味著,如果當前線程正在等待一個鎖,但其他線程要求獲得該鎖,那麼當前線程將被中斷,並立即返回不會獲得鎖。

三、不同點:Lock鎖 vs Synchronized 代碼塊

使用synchronized同步塊和使用Lock API 之間還是有一些區別的

  • 一個synchronized同步塊必須完全包含在一個方法中 - 但Lock API的lock()和unlock()操作,可以在不同的方法中進行
  • synchronized同步塊不支持公平性原則,任何線程都可以在釋放後重新獲得鎖,不能指定優先級。但我們可以通過指定fairness 屬性在Lock API中實現公平的優先級,可以實現等待時間最長的線程被賦予對鎖的占有權。
  • 如果一個線程無法訪問synchronized同步塊,它就會被阻塞等待。Lock API提供了tryLock()方法,嘗試獲取鎖對象,獲取到鎖返回true,否則返回false。返回false並不阻塞線程,所以使用該方法可以减少等待鎖的線程的阻塞時間。

四、鎖的可重入性

”可重入“意味著某個線程可以安全地多次獲得同一個鎖對象,而不會造成死鎖。

4.1. synchronized鎖的可重入性

下面的代碼synchronized代碼塊嵌套synchronized代碼塊,鎖定同一個this對象,不會產生死鎖。證明synchronized代碼塊針對同一個對象加鎖,是可重入的

public void testLock(){
synchronized (this) {
System.out.println("第1次獲取鎖,鎖對象是:" + this);
int index = 1;
do {
synchronized (this) {
System.out.println("第" + (++index) + "次獲取鎖,鎖對象是:" + this);
}
} while (index != 10);
}
}

上面的這段代碼輸出結果是

第1次獲取鎖,鎖對象是:[email protected]
第2次獲取鎖,鎖對象是:[email protected]
第3次獲取鎖,鎖對象是:[email protected]
第4次獲取鎖,鎖對象是:[email protected]
第5次獲取鎖,鎖對象是:[email protected]
第6次獲取鎖,鎖對象是:[email protected]
第7次獲取鎖,鎖對象是:[email protected]
第8次獲取鎖,鎖對象是:[email protected]
第9次獲取鎖,鎖對象是:[email protected]
第10次獲取鎖,鎖對象是:[email protected]

4.2.ReentrantLock可重入鎖

Lock接口的實現類ReentrantLock,也是可重入鎖。一般來說類名包含Reentrant的Lock接口實現類實現的鎖都是可重入的。

public void testLock1(){
Lock lock = new ReentrantLock(); //實例化鎖
lock.lock(); //上鎖
System.out.println("第1次獲取鎖,鎖對象是:" + lock);
try {
int index = 1;
do {
lock.lock(); //上鎖
try {
System.out.println("第" + (++index) + "次獲取鎖,鎖對象是:" + lock);
}finally {
lock.unlock();
}
} while (index != 10);
}finally {
lock.unlock(); //放在finally代碼塊中,保證鎖一定會被釋放
}
}

當線程第一次獲得鎖的時候,計數器被設置為1。在解鎖之前,該線程可以再次獲得鎖,每次計數器都會增加1。對於每一個解鎖操作,計數器被遞减1,當計數器為0時鎖定資源被釋放。所以最重要的是:lock(tryLock)要與unlock方法成對出現,即:在代碼中加鎖一次就必須解鎖一次,否則就死鎖

五、Lock鎖的公平性

Java的synchronized 同步塊對試圖進入它們的線程,被授予訪問權(占有權)的優先級順序沒有任何保證。因此如果許多線程不斷爭奪對同一個synchronized 同步塊的訪問權,就有可能有一個或多個線程從未被授予訪問權。這就造成了所謂的 "線程饑餓"。為了避免這種情况,鎖應該是公平的。

Lock lock = new ReentrantLock(true);

可重入鎖提供了一個公平性參數fairness ,通過該參數Lock鎖將遵守鎖請求的順序,即在一個線程解鎖資源後,鎖將被交給等待時間最長的線程。這種公平模式是通過在鎖的構造函數中傳遞 "true "來設置的。

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