Lock接口的3个实现类:
ReentrantLock,ReentrantReadWriteLock.ReadLock和ReentrantReadWriteLock.WriteLock。lock必须被显示创建,锁定和释放,加锁和释放锁的方式:
//默认使用非公平锁,如果要使用公平锁,需要传入参数true
Lock lock = new ReentrantLock();
//........
lock.lock();
try {
//更新对象的状态
//捕获异常,必要时恢复到原来的不变约束
//如果有return语句,放在这里
} finally {
lock.unlock(); //锁必须在finally块中释放
}
ReentrantLock和synchronized的比较:
在JDK1.5中,synchronized是性能低效的。因为这是一个重量级操作,它对性能最大的影响是阻塞的实现,挂起线程和恢复线程的操作都需要转入内核态中完成,这些操作给系统的并发性带来了很大的压力。于是到了JDK1.6,发生了变化,对synchronize加入了很多优化措施,有自适应自旋,锁消除,锁粗化,轻量级锁,偏向锁等等。导致在JDK1.6上synchronized的性能并不比Lock差。官方也表示,他们也更支持synchronized,在未来的版本中还有优化余地,所以还是提倡在synchronized能实现需求的情况下,优先考虑使用synchronized来进行同步。
互斥同步最主要的问题就是进行线程阻塞和唤醒所带来的性能问题,因而这种同步又称为阻塞同步,它属于一种
悲观的并发策略
,即线程获得的是独占锁。独占锁意味着其他线程只能依靠阻塞来等待线程释放锁。synchronized采用的便是这种并发策略。基于冲突检测的
乐观并发策略
,如果没有其他线程争用共享数据,那操作就成功了,如果共享数据被争用,产生了冲突,那就再进行其他的补偿措施(最常见的补偿措施就是不断地重拾,直到试成功为止),这种乐观的并发策略的许多实现都不需要把线程挂起,因此这种同步被称为非阻塞同步。ReetrantLock
采用的便是这种并发策略。Java 5中引入了注入AutomicInteger、AutomicLong、AutomicReference等特殊的原子性变量类,它们提供的如:compareAndSet()、incrementAndSet()和getAndIncrement()等方法都使用了CAS操作。因此,它们都是由硬件指令来保证的原子方法。
ReentrantLock相对于synchronized的新特性:
1、等待可中断:当持有锁的线程长期不释放锁时,正在等待的线程可以选择放弃等待,改为处理其他事情,它对处理执行时间非常长的同步块很有帮助。而在等待由synchronized产生的互斥锁时,会一直阻塞,是不能被中断的。
2、可实现公平锁:多个线程在等待同一个锁时,必须按照申请锁的时间顺序排队等待,而非公平锁则不保证这点,在锁释放时,任何一个等待锁的线程都有机会获得锁。synchronized中的锁时非公平锁,ReentrantLock默认情况下也是非公平锁,但可以通过构造方法ReentrantLock(ture)来要求使用公平锁。
3、锁可以绑定多个条件:ReentrantLock对象可以同时绑定多个Condition对象(条件变量),而在synchronized中,锁对象的wait()和notify()或notifyAll()方法可以实现一个隐含条件,而ReentrantLock只需要多次调用newCondition()方法即可。而且我们还可以通过绑定Condition对象来判断当前线程通知的是哪些线程(即与Condition对象绑定在一起的其他线程)。
ReetrantLock有两种锁:忽略中断锁和响应中断锁。忽略中断锁与synchronized实现的互斥锁一样,不能响应中断,而响应中断锁可以响应中断。
如果某一线程A正在执行锁中的代码,另一线程B正在等待获取该锁,可能由于等待时间过长,线程B不想等待了,想先处理其他事情,我们可以让它中断自己或者在别的线程中中断它,如果此时ReetrantLock提供的是忽略中断锁,则它不会去理会该中断,而是让线程B继续等待,而如果此时ReetrantLock提供的是响应中断锁,那么它便会处理中断,让线程B放弃等待,转而去处理其他事情。
当用synchronized中断
对互斥锁的等待时,并不起作用,该线程依然会一直等待
ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
//...........
lock.lockInterruptibly();//获取响应中断锁
try {
//更新对象的状态
//捕获异常,必要时恢复到原来的不变约束
//如果有return语句,放在这里
} finally {
lock.unlock(); //锁必须在finally块中释放
}
class Info{ // 定义信息类
private String name = "name";//定义name属性,为了与下面set的name属性区别开
private String content = "content" ;// 定义content属性,为了与下面set的content属性区别开
private boolean flag = true ; // 设置标志位,初始时先生产
private Lock lock = new ReentrantLock();
private Condition condition = lock.newCondition(); //产生一个Condition对象
public void set(String name,String content){
lock.lock();
try{
while(!flag){
condition.await() ;
}
this.setName(name) ; // 设置名称
Thread.sleep(300) ;
this.setContent(content) ; // 设置内容
flag = false ; // 改变标志位,表示可以取走
condition.signalAll();
}catch(InterruptedException e){
e.printStackTrace() ;
}finally{
lock.unlock();
}
}
public void get(){
lock.lock();
try{
while(flag){
condition.await() ;
}
Thread.sleep(300) ;
System.out.println(this.getName() +
" --> " + this.getContent()) ;
flag = true ; // 改变标志位,表示可以生产
condition.signalAll();
}catch(InterruptedException e){
e.printStackTrace() ;
}finally{
lock.unlock();
}
}
public void setName(String name){
this.name = name ;
}
public void setContent(String content){
this.content = content ;
}
public String getName(){
return this.name ;
}
public String getContent(){
return this.content ;
}
}
class Producer implements Runnable{ // 通过Runnable实现多线程
private Info info = null ; // 保存Info引用
public Producer(Info info){
this.info = info ;
}
public void run(){
boolean flag = true ; // 定义标记位
for(int i=0;i<10;i++){
if(flag){
this.info.set("姓名--1","内容--1") ; // 设置名称
flag = false ;
}else{
this.info.set("姓名--2","内容--2") ; // 设置名称
flag = true ;
}
}
}
}
class Consumer implements Runnable{
private Info info = null ;
public Consumer(Info info){
this.info = info ;
}
public void run(){
for(int i=0;i<10;i++){
this.info.get() ;
}
}
}
public class ThreadCaseDemo{
public static void main(String args[]){
Info info = new Info(); // 实例化Info对象
Producer pro = new Producer(info) ; // 生产者
Consumer con = new Consumer(info) ; // 消费者
new Thread(pro).start() ;
//启动了生产者线程后,再启动消费者线程
try{
Thread.sleep(500) ;
}catch(InterruptedException e){
e.printStackTrace() ;
}
new Thread(con).start() ;
}
}
ReadWriteLock rwl = new ReentrantReadWriteLock();
rwl.writeLock().lock() //获取写锁
rwl.readLock().lock() //获取读锁
用读锁来锁定读操作,用写锁来锁定写操作,这样写操作和写操作之间会互斥,读操作和写操作之间会互斥,但读操作和读操作就不会互斥。
BlockingQueue有多个实现类:ArrayBlockingQueue、DelayQueue、LinkedBlockingQueue、PriorityBlockingQueue、SynchronousQueue等
public class BlockingQueueTest{
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
BlockingQueue bqueue = new ArrayBlockingQueue(20);
for (int i = 0; i < 30; i++) {
//将指定元素添加到此队列中
bqueue.put("加入元素" + i); //会阻塞
System.out.println("向阻塞队列中添加了元素:" + i);
}
System.out.println("程序到此运行结束,即将退出----");
}
}
CyclicBarrier同样是Java 5中加入的新特性,使用时需要导入Java.util.concurrent.CylicBarrier。
它适用于这样一种情况:你希望创建一组任务,它们并发地执行工作,另外的一个任务在这一组任务并发执行结束前一直阻塞等待,直到该组任务全部执行结束,这个任务才得以执行。
public class CyclicBarrierTest {
public static void main(String[] args) {
//创建CyclicBarrier对象,
//并设置执行完一组5个线程的并发任务后,再执行MainTask任务
CyclicBarrier cb = new CyclicBarrier(5, new MainTask());
new SubTask("A", cb).start();
new SubTask("B", cb).start();
new SubTask("C", cb).start();
new SubTask("D", cb).start();
new SubTask("E", cb).start();
}
}
/**
* 最后执行的任务
*/
class MainTask implements Runnable {
public void run() {
System.out.println("......终于要执行最后的任务了......");
}
}
/**
* 一组并发任务
*/
class SubTask extends Thread {
private String name;
private CyclicBarrier cb;
SubTask(String name, CyclicBarrier cb) {
this.name = name;
this.cb = cb;
}
public void run() {
System.out.println("[并发任务" + name + "] 开始执行");
for (int i = 0; i < 999999; i++) ; //模拟耗时的任务
System.out.println("[并发任务" + name + "] 开始执行完毕,通知障碍器");
try {
//每执行完一项任务就通知障碍器
cb.await();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
} catch (BrokenBarrierException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
在操作系统中,信号量是个很重要的概念,它在控制进程间的协作方面有着非常重要的作用,通过对信号量的不同操作,可以分别实现进程间的互斥与同步。当然它也可以用于多线程的控制,我们完全可以通过使用信号量来自定义实现类似Java中的synchronized、wait、notify机制。
Java并发包中的信号量Semaphore实际上是计数信号量,从概念上讲,它维护了一个许可集合,对控制一定资源的消费与回收有着很重要的意义。Semaphore可以控制某个资源被同时访问的任务数,它通过acquire()获取一个许可,release()释放一个许可。如果被同时访问的任务数已满,则其他acquire的任务进入等待状态,直到有一个任务被release掉,它才能得到许可。
public class SemaphoreTest{
public static void main(String[] args) {
//采用新特性来启动和管理线程——内部使用线程池
ExecutorService exec = Executors.newCachedThreadPool();
//只允许5个线程同时访问
final Semaphore semp = new Semaphore(5);
//模拟10个客户端访问
for (int index = 0; index < 10; index++){
final int num = index;
Runnable run = new Runnable() {
public void run() {
try {
//获取许可
semp.acquire();
System.out.println("线程" +
Thread.currentThread().getName() + "获得许可:" + num);
//模拟耗时的任务
for (int i = 0; i < 999999; i++) ;
//释放许可
semp.release();
System.out.println("线程" +
Thread.currentThread().getName() + "释放许可:" + num);
System.out.println("当前允许进入的任务个数:" +
semp.availablePermits());
}catch(InterruptedException e){
e.printStackTrace();
}
}
};
exec.execute(run);
}
//关闭线程池
exec.shutdown();
}
}
Semaphore允许并发访问的任务数一直为5,当然,这里还很容易看出一点,就是Semaphore仅仅是对资源的并发访问的任务数进行监控,而不会保证线程安全,因此,在访问的时候,要自己控制线程的安全访问。