[Java并发系列] 3.Java中的锁

2017-10-19 本文已影响34人 Xiangdong_She

讨论J.U.C包中locks下面的类(包括接口)

锁主要是用来控制多个线程访问共享资源的一种方式，通常情况下，一个锁可以防止在同一时间内多个线程同时访问共享资源(读写锁除外，读写锁在同一时间内，可以允许有多个读锁同时读共享资源)。

1. Lock接口

Lock接口同synchronized关键字的作用类似，都是提供了同步的功能。但是Lock在使用的时候，需要显式的去获取锁。与synchronized相比，Lock失去了隐式获取锁的便捷性，但是可以控制锁的获取和释放，可中断锁和超时锁。

2. Lock接口主要API

void lock(); 获取锁
void lockInterruptibly(); 可中断的获取锁，此方法和lock()方法的区别在于：当使用lockInterruptibly获取锁时可以中断当前线程；
boolean tryLock(); 尝试非阻塞的获取锁，当调用此方法之后，如果能获取则返回true，如果不能获取则直接返回false；
boolean tryLock(long time, TimeUnit unit); 超时获取锁
void unlock(); 释放锁
Condition newCondition(); 获取等待通知组件，该组件和当前的锁绑定在一起，只有当前线程获的了锁，才能调用该组件的wait()方法，调用wait()方法之后，当前线程将释放锁；

3. Lock接口的实现类

1. ReentrantLock(重入锁)

重入锁，就是支持重进入的锁，表示该锁支持一个线程对资源的重复加锁。

重进入：指的是任意线程在获取锁能够再次获取该所而不会被阻塞。
公平与非公平获取锁：公平指的是在绝对时间上，先对锁进行请求的线程(等待时间最长的线程优先获取锁)首先获取锁，那么这个锁是公平的，反之，则是非公平的。

①. 锁的重进入

如果要实现锁的重进入，那么就就绪解决两个问题：

锁的获取：要获取锁，那么锁就需要去检查获取该锁的线程是否是已获取此锁的线程(也就是是否是当前线程占有此锁)，如果是，那么获取成功；如下代码是非公平获取锁的方式

final boolean nonfairTryAcquire(int acquires) {
            //获取当前线程
            final Thread current = Thread.currentThread();
            //获取当前锁的状态
            int c = getState();
            if (c == 0) {
            //没有线程
                if (compareAndSetState(0, acquires)) {
                    setExclusiveOwnerThread(current);
                    return true;
                }
            }
            //判断线程是否是当前占有锁的线程
            else if (current == getExclusiveOwnerThread()) {
                //同步状态值增加
                int nextc = c + acquires;
                if (nextc < 0) // overflow
                    throw new Error("Maximum lock count exceeded");
                setState(nextc);
                return true;
            }
            return false;
        }

在此方法中，首先判断此锁是否已被占有，如果没有则使用CAS的方式设置同步状态；如果锁已被占有，则判断当前线程是否是占有此锁的线程，然后再来决定获取操作是否成功，如果获取锁的线程再次请求获取锁，则将同步状态值进行增加并且返回true。
所以重入锁的获取就是当线程重入成功，增加锁的同步状态值即可。

锁的释放：线程重复N此获取锁，那么就需要释放N次，其他的线程才可以获取该锁。如下代码是释放锁的代码：

protected final boolean tryRelease(int releases) {
            int c = getState() - releases;
            if (Thread.currentThread() != getExclusiveOwnerThread())
                throw new IllegalMonitorStateException();
            boolean free = false;
            if (c == 0) {
                free = true;
                setExclusiveOwnerThread(null);
            }
            setState(c);
            return free;
        }

如果一个锁被某个线程获取了N次，那么前(N-1)次都会返回false，而当同步状态完成被释放时(c=0)，将占有线程设置为null，才会返回true。

②. 公平与非公平的获取锁

如下是公平获取锁的代码：

protected final boolean tryAcquire(int acquires) {
            final Thread current = Thread.currentThread();
            int c = getState();
            if (c == 0) {
                if (!hasQueuedPredecessors() &&
                    compareAndSetState(0, acquires)) {
                    setExclusiveOwnerThread(current);
                    return true;
                }
            }
            else if (current == getExclusiveOwnerThread()) {
                int nextc = c + acquires;
                if (nextc < 0)
                    throw new Error("Maximum lock count exceeded");
                setState(nextc);
                return true;
            }
            return false;
        }
    }

与上面非公平获取锁的代码相比，在这段代码中，仅仅在if条件中多了一个hasQueuedPredecessors()方法，此方法就是判断在同步队列中，当前节点是否有前驱节点(即有比当前线程更早的获取锁的线程)，因此当hasQueuedPredecessors()返回true时，就需要等待前驱线程获取并释放锁之后才能继续获取锁。

2. ReadWriteLock(读写锁)

排他锁：指的是在同一时刻只允许一个线程进行访问
读写锁：在同一时间，允许有多个读线程进行访问，而在写线程进行访问时，读线程和其他写线程均会被阻塞。读写锁维护了一个读锁和一个写锁，通过读写分离，来提升并发性能(至少比排他锁性能好多了)。

//todo 读写锁内容较多，留待以后来写

4. LockSupport类

LockSupport类位于在J.U.C.locks包中，它主要是定义了一些公共静态方法，这些方法提供了最基本的线程阻塞和唤醒功能。如下表是LockSupport中提供的一些方法及描述：

方法	描述
public static void park()	阻塞当前线程，当其他线程调用unpark()或者中断当前线程时，才能从park()方法返回
fipublic static void parkNanos(long nanos)	阻塞当前线程，超过nanos纳秒之后，自动返回
public static void parkUntil(long deadline)	阻塞当前线程，直到deadline时间
public static void unpark(Thread thread)	唤醒处于阻塞的线程