Java 多线程（四）线程间的通讯jdk1.5中Lock,Condition----各类锁的相关详细概念

一.java.util.concurrent.locks包下经常使用的类

　　下面咱们就来探讨一下Java.util.concurrent.locks包中经常使用的类和接口。

　　1.Lock

　　首先要说明的就是Lock，经过查看Lock的源码可知，Lock是一个接口：

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

 　　下面来逐个讲述Lock接口中每一个方法的使用，lock()、tryLock()、tryLock(long time, TimeUnit unit)和lockInterruptibly()是用来获取锁的。unLock()方法是用来释放锁的。newCondition()这个方法暂且不在此讲述，会在后面的线程协做一文中讲述。

　　在Lock中声明了四个方法来获取锁，那么这四个方法有何区别呢？

　　首先lock()方法是日常使用得最多的一个方法，就是用来获取锁。若是锁已被其余线程获取，则进行等待。

　　因为在前面讲到若是采用Lock，必须主动去释放锁，而且在发生异常时，不会自动释放锁。所以通常来讲，使用Lock必须在try{}catch{}块中进行，而且将释放锁的操做放在finally块中进行，以保证锁必定被被释放，防止死锁的发生。一般使用Lock来进行同步的话，是如下面这种形式去使用的：

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Lock lock = ...; lock.lock(); try{     //处理任务 }catch(Exception ex){       }finally{     lock.unlock();   //释放锁 }

　　tryLock()方法是有返回值的，它表示用来尝试获取锁，若是获取成功，则返回true，若是获取失败（即锁已被其余线程获取），则返回false，也就说这个方法不管如何都会当即返回。在拿不到锁时不会一直在那等待。

　　tryLock(long time, TimeUnit unit)方法和tryLock()方法是相似的，只不过区别在于这个方法在拿不到锁时会等待必定的时间，在时间期限以内若是还拿不到锁，就返回false。若是若是一开始拿到锁或者在等待期间内拿到了锁，则返回true。

　　因此，通常状况下经过tryLock来获取锁时是这样使用的：

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Lock lock = ...; if(lock.tryLock()) {      try{          //处理任务      }catch(Exception ex){                }finally{          lock.unlock();   //释放锁      }  }else {     //若是不能获取锁，则直接作其余事情 }

 　　lockInterruptibly()方法比较特殊，当经过这个方法去获取锁时，若是线程正在等待获取锁，则这个线程可以响应中断，即中断线程的等待状态。也就使说，当两个线程同时经过lock.lockInterruptibly()想获取某个锁时，倘若此时线程A获取到了锁，而线程B只有在等待，那么对线程B调用threadB.interrupt()方法可以中断线程B的等待过程。

　　因为lockInterruptibly()的声明中抛出了异常，因此lock.lockInterruptibly()必须放在try块中或者在调用lockInterruptibly()的方法外声明抛出InterruptedException。

　　所以lockInterruptibly()通常的使用形式以下：

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public void method() throws InterruptedException {     lock.lockInterruptibly();     try {        //.....     }     finally {         lock.unlock();     }   }

　　注意，当一个线程获取了锁以后，是不会被interrupt()方法中断的。由于自己在前面的文章中讲过单独调用interrupt()方法不能中断正在运行过程当中的线程，只能中断阻塞过程当中的线程。

　　所以当经过lockInterruptibly()方法获取某个锁时，若是不能获取到，只有进行等待的状况下，是能够响应中断的。

　　而用synchronized修饰的话，当一个线程处于等待某个锁的状态，是没法被中断的，只有一直等待下去。

　　2.ReentrantLock

　　ReentrantLock，意思是“可重入锁”，关于可重入锁的概念在下一节讲述。ReentrantLock是惟一实现了Lock接口的类，而且ReentrantLock提供了更多的方法。下面经过一些实例看具体看一下如何使用ReentrantLock。

　　例子1，lock()的正确使用方法

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public class Test {     private ArrayList<Integer> arrayList = new ArrayList<Integer>();     public static void main(String[] args)  {         final Test test = new Test();                   new Thread(){             public void run() {                 test.insert(Thread.currentThread());             };         }.start();                   new Thread(){             public void run() {                 test.insert(Thread.currentThread());             };         }.start();     }             public void insert(Thread thread) {         Lock lock = new ReentrantLock();    //注意这个地方         lock.lock();         try {             System.out.println(thread.getName()+"获得了锁");             for(int i=0;i<5;i++) {                 arrayList.add(i);             }         } catch (Exception e) {             // TODO: handle exception         }finally {             System.out.println(thread.getName()+"释放了锁");             lock.unlock();         }     } }

 　　各位朋友先想一下这段代码的输出结果是什么？

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　　也许有朋友会问，怎么会输出这个结果？第二个线程怎么会在第一个线程释放锁以前获得了锁？缘由在于，在insert方法中的lock变量是局部变量，每一个线程执行该方法时都会保存一个副本，那么理所固然每一个线程执行到lock.lock()处获取的是不一样的锁，因此就不会发生冲突。

　　知道了缘由改起来就比较容易了，只须要将lock声明为类的属性便可。

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public class Test {     private ArrayList<Integer> arrayList = new ArrayList<Integer>();     private Lock lock = new ReentrantLock();    //注意这个地方     public static void main(String[] args)  {         final Test test = new Test();                   new Thread(){             public void run() {                 test.insert(Thread.currentThread());             };         }.start();                   new Thread(){             public void run() {                 test.insert(Thread.currentThread());             };         }.start();     }             public void insert(Thread thread) {         lock.lock();         try {             System.out.println(thread.getName()+"获得了锁");             for(int i=0;i<5;i++) {                 arrayList.add(i);             }         } catch (Exception e) {             // TODO: handle exception         }finally {             System.out.println(thread.getName()+"释放了锁");             lock.unlock();         }     } }

 　　这样就是正确地使用Lock的方法了。

　　例子2，tryLock()的使用方法

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public class Test {     private ArrayList<Integer> arrayList = new ArrayList<Integer>();     private Lock lock = new ReentrantLock();    //注意这个地方     public static void main(String[] args)  {         final Test test = new Test();                   new Thread(){             public void run() {                 test.insert(Thread.currentThread());             };         }.start();                   new Thread(){             public void run() {                 test.insert(Thread.currentThread());             };         }.start();     }             public void insert(Thread thread) {         if(lock.tryLock()) {             try {                 System.out.println(thread.getName()+"获得了锁");                 for(int i=0;i<5;i++) {                     arrayList.add(i);                 }             } catch (Exception e) {                 // TODO: handle exception             }finally {                 System.out.println(thread.getName()+"释放了锁");                 lock.unlock();             }         } else {             System.out.println(thread.getName()+"获取锁失败");         }     } }

 　　输出结果：

 View Code

　　例子3，lockInterruptibly()响应中断的使用方法：

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public class Test {     private Lock lock = new ReentrantLock();        public static void main(String[] args)  {         Test test = new Test();         MyThread thread1 = new MyThread(test);         MyThread thread2 = new MyThread(test);         thread1.start();         thread2.start();                   try {             Thread.sleep(2000);         } catch (InterruptedException e) {             e.printStackTrace();         }         thread2.interrupt();     }             public void insert(Thread thread) throws InterruptedException{         lock.lockInterruptibly();   //注意，若是须要正确中断等待锁的线程，必须将获取锁放在外面，而后将InterruptedException抛出         try {               System.out.println(thread.getName()+"获得了锁");             long startTime = System.currentTimeMillis();             for(    ;     ;) {                 if(System.currentTimeMillis() - startTime >= Integer.MAX_VALUE)                     break;                 //插入数据             }         }         finally {             System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"执行finally");             lock.unlock();             System.out.println(thread.getName()+"释放了锁");         }       } }   class MyThread extends Thread {     private Test test = null;     public MyThread(Test test) {         this.test = test;     }     @Override     public void run() {                   try {             test.insert(Thread.currentThread());         } catch (InterruptedException e) {             System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"被中断");         }     } }

　　运行以后，发现thread2可以被正确中断。

　　3.ReadWriteLock

　　ReadWriteLock也是一个接口，在它里面只定义了两个方法：

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public interface ReadWriteLock {     /**      * Returns the lock used for reading.      *      * @return the lock used for reading.      */     Lock readLock();       /**      * Returns the lock used for writing.      *      * @return the lock used for writing.      */     Lock writeLock(); }

 　　一个用来获取读锁，一个用来获取写锁。也就是说将文件的读写操做分开，分红2个锁来分配给线程，从而使得多个线程能够同时进行读操做。下面的ReentrantReadWriteLock实现了ReadWriteLock接口。

　　4.ReentrantReadWriteLock

　　ReentrantReadWriteLock里面提供了不少丰富的方法，不过最主要的有两个方法：readLock()和writeLock()用来获取读锁和写锁。

　　下面经过几个例子来看一下ReentrantReadWriteLock具体用法。

　　假若有多个线程要同时进行读操做的话，先看一下synchronized达到的效果：

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public class Test {     private ReentrantReadWriteLock rwl = new ReentrantReadWriteLock();           public static void main(String[] args)  {         final Test test = new Test();                   new Thread(){             public void run() {                 test.get(Thread.currentThread());             };         }.start();                   new Thread(){             public void run() {                 test.get(Thread.currentThread());             };         }.start();               }             public synchronized void get(Thread thread) {         long start = System.currentTimeMillis();         while(System.currentTimeMillis() - start <= 1) {             System.out.println(thread.getName()+"正在进行读操做");         }         System.out.println(thread.getName()+"读操做完毕");     } }

 　　这段程序的输出结果会是，直到thread1执行完读操做以后，才会打印thread2执行读操做的信息。

 View Code

　　而改为用读写锁的话：

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public class Test {     private ReentrantReadWriteLock rwl = new ReentrantReadWriteLock();           public static void main(String[] args)  {         final Test test = new Test();                   new Thread(){             public void run() {                 test.get(Thread.currentThread());             };         }.start();                   new Thread(){             public void run() {                 test.get(Thread.currentThread());             };         }.start();               }             public void get(Thread thread) {         rwl.readLock().lock();         try {             long start = System.currentTimeMillis();                           while(System.currentTimeMillis() - start <= 1) {                 System.out.println(thread.getName()+"正在进行读操做");             }             System.out.println(thread.getName()+"读操做完毕");         } finally {             rwl.readLock().unlock();         }     } }

 　　此时打印的结果为：

 View Code

　　说明thread1和thread2在同时进行读操做。

　　这样就大大提高了读操做的效率。

　　不过要注意的是，若是有一个线程已经占用了读锁，则此时其余线程若是要申请写锁，则申请写锁的线程会一直等待释放读锁。

　　若是有一个线程已经占用了写锁，则此时其余线程若是申请写锁或者读锁，则申请的线程会一直等待释放写锁。

　　关于ReentrantReadWriteLock类中的其余方法感兴趣的朋友能够自行查阅API文档。

　　5.Lock和synchronized的选择

　　总结来讲，Lock和synchronized有如下几点不一样：

　　1）Lock是一个接口，而synchronized是Java中的关键字，synchronized是内置的语言实现；

　　2）synchronized在发生异常时，会自动释放线程占有的锁，所以不会致使死锁现象发生；而Lock在发生异常时，若是没有主动经过unLock()去释放锁，则极可能形成死锁现象，所以使用Lock时须要在finally块中释放锁；

　　3）Lock可让等待锁的线程响应中断，而synchronized却不行，使用synchronized时，等待的线程会一直等待下去，不可以响应中断；

　　4）经过Lock能够知道有没有成功获取锁，而synchronized却没法办到。

　　5）Lock能够提升多个线程进行读操做的效率。

　　在性能上来讲，若是竞争资源不激烈，二者的性能是差很少的，而当竞争资源很是激烈时（即有大量线程同时竞争），此时Lock的性能要远远优于synchronized。因此说，在具体使用时要根据适当状况选择。

二.锁的相关概念介绍

　　在前面介绍了Lock的基本使用，这一节来介绍一下与锁相关的几个概念。

　　1.可重入锁

　　若是锁具有可重入性，则称做为可重入锁。像synchronized和ReentrantLock都是可重入锁，可重入性在我看来实际上代表了锁的分配机制：基于线程的分配，而不是基于方法调用的分配。举个简单的例子，当一个线程执行到某个synchronized方法时，好比说method1，而在method1中会调用另一个synchronized方法method2，此时线程没必要从新去申请锁，而是能够直接执行方法method2。

　　看下面这段代码就明白了：

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class MyClass {     public synchronized void method1() {         method2();     }           public synchronized void method2() {               } }

 　　上述代码中的两个方法method1和method2都用synchronized修饰了，假如某一时刻，线程A执行到了method1，此时线程A获取了这个对象的锁，而因为method2也是synchronized方法，假如synchronized不具有可重入性，此时线程A须要从新申请锁。可是这就会形成一个问题，由于线程A已经持有了该对象的锁，而又在申请获取该对象的锁，这样就会线程A一直等待永远不会获取到的锁。

　　而因为synchronized和Lock都具有可重入性，因此不会发生上述现象。

　　2.可中断锁

　　可中断锁：顾名思义，就是能够相应中断的锁。

　　在Java中，synchronized就不是可中断锁，而Lock是可中断锁。

　　若是某一线程A正在执行锁中的代码，另外一线程B正在等待获取该锁，可能因为等待时间过长，线程B不想等待了，想先处理其余事情，咱们可让它中断本身或者在别的线程中中断它，这种就是可中断锁。

　　在前面演示lockInterruptibly()的用法时已经体现了Lock的可中断性。

　　3.公平锁

　　公平锁即尽可能以请求锁的顺序来获取锁。好比同是有多个线程在等待一个锁，当这个锁被释放时，等待时间最久的线程（最早请求的线程）会得到该所，这种就是公平锁。

　　非公平锁即没法保证锁的获取是按照请求锁的顺序进行的。这样就可能致使某个或者一些线程永远获取不到锁。

　　在Java中，synchronized就是非公平锁，它没法保证等待的线程获取锁的顺序。

　　而对于ReentrantLock和ReentrantReadWriteLock，它默认状况下是非公平锁，可是能够设置为公平锁。

　　看一下这2个类的源代码就清楚了：

　　

　　在ReentrantLock中定义了2个静态内部类，一个是NotFairSync，一个是FairSync，分别用来实现非公平锁和公平锁。

　　咱们能够在建立ReentrantLock对象时，经过如下方式来设置锁的公平性：

1	ReentrantLock lock = new ReentrantLock(true);

 　　若是参数为true表示为公平锁，为fasle为非公平锁。默认状况下，若是使用无参构造器，则是非公平锁。

　　

　　另外在ReentrantLock类中定义了不少方法，好比：

　　isFair()        //判断锁是不是公平锁

　　isLocked()    //判断锁是否被任何线程获取了

　　isHeldByCurrentThread()   //判断锁是否被当前线程获取了

　　hasQueuedThreads()   //判断是否有线程在等待该锁

　　在ReentrantReadWriteLock中也有相似的方法，一样也能够设置为公平锁和非公平锁。不过要记住，ReentrantReadWriteLock并未实现Lock接口，它实现的是ReadWriteLock接口。

　　4.读写锁

　　读写锁将对一个资源（好比文件）的访问分红了2个锁，一个读锁和一个写锁。

　　正由于有了读写锁，才使得多个线程之间的读操做不会发生冲突。

　　ReadWriteLock就是读写锁，它是一个接口，ReentrantReadWriteLock实现了这个接口。

　　能够经过readLock()获取读锁，经过writeLock()获取写锁。

　　上面已经演示过了读写锁的使用方法，在此再也不赘述。