java并发编程--互斥锁, 读写锁及条件

 

[coolxing按: 转载请注明作者和出处, 如有谬误, 欢迎在评论中指正.] 

 

java.util.concurrent.locks包提供了锁和等待条件的接口和类, 可用于替代JDK1.5之前的同步(synchronized)和监视器机制(主要是Object类的wait(), notify(), notifyAll()方法).

 

互斥锁--Lock接口及其实现类ReentrantLock

所谓互斥锁, 指的是一次最多只能有一个线程持有的锁. 在jdk1.5之前, 我们通常使用synchronized机制控制多个线程对共享资源的访问. 而现在, Lock提供了比synchronized机制更广泛的锁定操作, Lock和synchronized机制的主要区别:

• synchronized机制提供了对与每个对象相关的隐式监视器锁的访问, 并强制所有锁获取和释放均要出现在一个块结构中, 当获取了多个锁时, 它们必须以相反的顺序释放. synchronized机制对锁的释放是隐式的, 只要线程运行的代码超出了synchronized语句块范围, 锁就会被释放. 而Lock机制必须显式的调用Lock对象的unlock()方法才能释放锁, 这为获取锁和释放锁不出现在同一个块结构中, 以及以更自由的顺序释放锁提供了可能. 以下代码演示了在不同的块结构中获取和释放锁:

public class LockTest {
	private static Lock lock = new ReentrantLock();
	public static void main(String[] args) {
		lock.lock();
		invokeMethod();
	}

	private static void invokeMethod() {
		lock.unlock();
	}
}

  为了确保锁被释放, 通常会采用如下的代码形式:

Lock lock = new ReentrantLock();
// 获取锁
lock.lock();
	try {
		// access the resource protected by this lock
	} finally {
		// 释放锁
		lock.unlock();
	}

  |--void lock(): 执行此方法时, 如果锁处于空闲状态, 当前线程将获取到锁. 相反, 如果锁已经被其他线程持有, 将禁用当前线程, 直到当前线程获取到锁.

|--void unlock(): 执行此方法时, 当前线程将释放持有的锁. 锁只能由持有者释放, 如果线程并不持有锁, 却执行该方法, 可能导致异常的发生.

• Lock提供了一个非块结构的获取锁尝试--tryLock(), 一个获取可中断锁的尝试--lockInterruptibly()和一个获取超时失效锁的尝试--tryLock(long time, TimeUnit unit).

|--boolean tryLock(): 如果锁可用, 则获取锁, 并立即返回true, 否则返回false. 该方法和lock()的区别在于, tryLock()只是"试图"获取锁, 如果锁不可用, 不会导致当前线程被禁用, 当前线程仍然继续往下执行代码. 而lock()方法则是一定要获取到锁, 如果锁不可用, 就一直等待, 在未获得锁之前,当前线程并不继续向下执行. 通常采用如下的代码形式调用tryLock()方法:

 

   Lock lock = new ReentrantLock();
      if (lock.tryLock()) {
          try {
              // manipulate protected state
          } finally {
              lock.unlock();
          }
      } else {
          // perform alternative actions
      }

此用法可确保如果获取了锁, 则会释放锁; 如果未获取锁, 则不会试图将其释放.

• Lock的newCondition()方法可以获得与该锁绑定的Condition对象, Condition的详细介绍如下. 

 

条件--Condition

调用Condition对象的相关方法, 可以方便的挂起和唤醒线程. Object对象的wait(), notify(), notifyAll()方法当然也可以做到这一点, 但是Object对象的这些方法存在很不方便的地方--如果多个线程调用了obj的wait()方法而挂起, 那么我们无法做到调用obj的notify()和notifyAll()方法唤醒其中特定的一个线程. 而Condition对象就可以做到这一点. 具体的代码请参见我的上一篇博客http://coolxing.iteye.com/blog/1236696中的解法二部分.

• void await(): 调用Condition对象的await()方法将导致当前线程被挂起, 并释放该Condition对象所绑定的锁. Condition对象只能通过Lock类的newCondition()方法获取, 因此一个Condition对象必然有一个与其绑定的Lock锁. 调用Condition对象的await()方法的前提是: 当前线程必须持有与该Condition对象绑定的锁, 否则程序可能抛出异常.
• void signal(): 唤醒一个在该Condition对象上挂起的线程. 如果存在多个线程等待这个Condition对象的唤醒, 则随机选择一个. 线程被唤醒之前, 必须重新获取到锁(与该Condition对象绑定的Lock对象).
• void signalAll(): 唤醒所有在该Condition对象上挂起的线程. 所有被唤醒的线程将竞争与该Condition对象绑定的锁, 只有获取到锁的线程才能恢复到运行状态.

 

读写锁--ReadWriteLock接口及其实现类ReentrantReadWriteLock

ReentrantReadWriteLock中定义了2个内部类, ReentrantReadWriteLock.ReadLock和ReentrantReadWriteLock.WriteLock, 分别用来代表读取锁和写入锁. ReentrantReadWriteLock对象提供了readLock()和writeLock()方法, 用于获取读取锁和写入锁. 

 

• 读取锁允许多个reader线程同时持有, 而写入锁最多只能有一个writter线程持有.
• 读写锁的使用场合: 读取共享数据的频率远大于修改共享数据的频率. 在上述场合下, 使用读写锁控制共享资源的访问, 可以提高并发性能.
• 如果一个线程已经持有了写入锁, 则可以再持有读写锁. 相反, 如果一个线程已经持有了读取锁, 则在释放该读取锁之前, 不能再持有写入锁.
• 可以调用写入锁的newCondition()方法获取与该写入锁绑定的Condition对象, 此时与普通的互斥锁并没有什么区别. 但是调用读取锁的newCondition()方法将抛出异常. 

 

使用读写锁的一个例子:

 

public class ReadWriteLockTest {
	private static ReadWriteLock lock = new ReentrantReadWriteLock();
	private static Person person = new Person("David Beckham", true);

	public static void main(String[] args) {
		new Thread() {
			public void run() {
				while(true) {
					try {
						lock.readLock().lock();
						System.out.print("name = " + person.getName());
						System.out.println(", isMan = " + person.isMan());
					} finally {
						lock.readLock().unlock();
					}
				}
			};
		}.start();
		new Thread() {
			public void run() {
				boolean state = true;
				while(true) {
					try {
						lock.writeLock().lock();
						if (state) {
							person.setName("Lady GaGa");
							person.setMan(false);
							state = false;
						} else {
							person.setName("David Beckham");
							person.setMan(true);
							state = true;
						}
						
					} finally {
						lock.writeLock().unlock();
					}
				}
			};
		}.start();
	}
}

class Person {
	private String name;
	private boolean isMan;

	public Person(String name, boolean isMan) {
		this.name = name;
		this.isMan = isMan;
	}

	public String getName() {
		return name;
	}

	public void setName(String name) {
		this.name = name;
	}

	public boolean isMan() {
		return isMan;
	}

	public void setMan(boolean isMan) {
		this.isMan = isMan;
	}
}

不管程序运行多久, 也不会有人妖的出现.