java ReentrantLock与synchronized详细分析与例子详解

关于互斥锁：

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. 

 

 

关于可重入： 

一、2.4.1 内部锁

Java 提供了原子性的内置锁机制： sychronized 块。它包含两个部分：锁对象的引用和这个锁保护的代码块：

synchronized(lock) {

// 访问或修改被锁保护的共享状态

}

内部锁扮演了互斥锁（ mutual exclusion lock, 也称作 mutex ）的角色，一个线程拥有锁的时候，别的线程阻塞等待。

2.4.2 重进入（Reentrancy ）

重入性：指的是同一个线程多次试图获取它所占有的锁，请求会成功。当释放锁的时候，直到重入次数清零，锁才释放完毕。

Public class Widget {

      Public synchronized void doSomething(){

           …

      }

}

Public class LoggingWidget extends Widget {

   Public synchronized void doSomething(){

      System.out.println(toString()+”:calling doSomething”);

      Super.doSomething();

   }

}

 

二、一般来说，在多线程程序中，某个任务在持有某对象的锁后才能运行任务，其他任务只有在该任务释放同一对象锁后才能拥有对象锁，然后执行任务。于是，想到，同一个任务在持有同一个对象的锁后，在不释放锁的情况下，继续调用同一个对象的其他同步(synchronized)方法，该任务是否会再次持有该对象锁呢？ 

    答案是肯定的。同一个任务在调用同一个对象上的其他synchronized方法，可以再次获得该对象锁。 

 

 synchronized  m1(){
 //加入此时对锁a的计数是N
  m2();  //进入m2的方法体之后锁计数是N+1,离开m2后是N
 }
 synchronized m2(){}

 同一任务和对象锁的问题：http://www.iteye.com/topic/728485

 

 

 /*public class ReentrantLock
 extends Object implements Lock, Serializable
 */

  

一个可重入的互斥锁 Lock，它具有与使用 synchronized 方法和语句所访问的隐式监视器锁相同的一些基本行为和语义，但功能更强大。

ReentrantLock 将由最近成功获得锁，并且还没有释放该锁的线程所拥有。当锁没有被另一个线程所拥有时，调用 lock 的线程将成功获取该锁并返回。如果当前线程已经拥有该锁，此方法将立即返回。可以使用 isHeldByCurrentThread() 和 getHoldCount() 方法来检查此情况是否发生。

此类的构造方法接受一个可选的公平 参数。当设置为 true 时，在多个线程的争用下，这些锁倾向于将访问权授予等待时间最长的线程。否则此锁将无法保证任何特定访问顺序。与采用默认设置（使用不公平锁）相比，使用公平锁的程序在许多线程访问时表现为很低的总体吞吐量（即速度很慢，常常极其慢），但是在获得锁和保证锁分配的均衡性时差异较小。不过要注意的是，公平锁不能保证线程调度的公平性。因此，使用公平锁的众多线程中的一员可能获得多倍的成功机会，这种情况发生在其他活动线程没有被处理并且目前并未持有锁时。还要注意的是，未定时的 tryLock 方法并没有使用公平设置。因为即使其他线程正在等待，只要该锁是可用的，此方法就可以获得成功。

JDK：http://www.xasxt.com/java/api/java/util/concurrent/locks/ReentrantLock.html

 

 

 /*构造方法摘要
 ReentrantLock()
           创建一个 ReentrantLock 的实例。
 ReentrantLock(boolean fair)
           创建一个具有给定公平策略的 ReentrantLock。
 */

  

 /**public void lock()
 获取锁。
 如果该锁没有被另一个线程保持，则获取该锁并立即返回，将锁的保持计数设置为 1。
 如果当前线程已经保持该锁，则将保持计数加 1，并且该方法立即返回。
 如果该锁被另一个线程保持，则出于线程调度的目的，禁用当前线程，并且在获得锁之前，该线程将一直处于休眠状态，此时锁保持计数被设置为 1。
 */

  

ReentrantLock 的lock机制有2种，忽略中断锁和响应中断锁，这给我们带来了很大的灵活性。比如：如果A、B 2个线程去竞争锁，A线程得到了锁，B线程等待，但是A线程这个时候实在有太多事情要处理，就是 一直不返回，B线程可能就会等不及了，想中断自己，不再等待这个锁了，转而处理其他事情。这个时候ReentrantLock就提供了2种机制，第一，B线程中断自己（或者别的线程中断它），但是ReentrantLock 不去响应，继续让B线程等待，你再怎么中断，我全当耳边风（synchronized原语就是如此）；第二，B线程中断自己（或者别的线程中断它），ReentrantLock 处理了这个中断，并且不再等待这个锁的到来，完全放弃。请看例子：

Example1:

 

 package test;

 public interface IBuffer {
     public void write();
     public void read() throws InterruptedException;
 }

使用Synchronized：

 package test;

 public class Buffer implements IBuffer {

     private Object lock;

     public Buffer() {
         lock = this;
     }

     public void write() {
         synchronized (lock) {
             long startTime = System.currentTimeMillis();
             System.out.println("开始往这个buff写入数据…");
             for (;;)// 模拟要处理很长时间
             {
                 if (System.currentTimeMillis() - startTime > Integer.MAX_VALUE)
                     break;
             }
             System.out.println("终于写完了");
         }
     }

     public void read() {
         synchronized (lock) {
             System.out.println("从这个buff读数据");
         }
     }

 }

   使用ReentrantLock:

 package test;
 import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
 public class BufferInterruptibly implements IBuffer {

     private ReentrantLock lock = new ReentrantLock();

     public void write() {
         lock.lock();
         try {
             long startTime = System.currentTimeMillis();
             System.out.println("开始往这个buff写入数据…");
             for (;;)// 模拟要处理很长时间
             {
                 if (System.currentTimeMillis() - startTime > Integer.MAX_VALUE)
                     break;
             }
             System.out.println("终于写完了");
         } finally {
             lock.unlock();
         }
     }

     public void read() throws InterruptedException{
         lock.lockInterruptibly();// 注意这里，可以响应中断
         try {
             System.out.println("从这个buff读数据");
         } finally {
             lock.unlock();
         }
     }

 }

  

测试类（注意那两个线程不是内部类！）：

 package test;

 public class Test {
      //是用ReentrantLock，还是用synchronized
     public static boolean useSynchronized = false;
     public static void main(String[] args) {
         IBuffer buff = null;
         if(useSynchronized){
             buff = new Buffer();
         }else{
             buff = new BufferInterruptibly();
         }
         final Writer writer = new Writer(buff);
         final Reader reader = new Reader(buff);
         writer.start();
         reader.start();
         new Thread(new Runnable() {
             public void run() {
                 long start = System.currentTimeMillis();
                 for (;;) {
                     // 等5秒钟去中断读
                     if (System.currentTimeMillis() - start > 5000) {
                         System.out.println("不等了，尝试中断");
                         reader.interrupt();
                         break;
                     }

                 }

             }
         }).start();
     }
 }

     class Writer extends Thread {
         private IBuffer buff;

         public Writer(IBuffer buff) {
             this.buff = buff;
         }

         @Override
         public void run() {
             buff.write();
         }
     }

     class Reader extends Thread {
         private IBuffer buff;
         public Reader(IBuffer buff) {
             this.buff = buff;
         }
         @Override
         public void run() {
             try {
                 buff.read();
             } catch (InterruptedException e) {
                 System.out.println("我不读了");
             }
             System.out.println("读结束");
         }
     }

 结果：

使用ReentrantLock时:

开始往这个buff写入数据…

不等了，尝试中断

我不读了

读结束

使用Synchronized时：

开始往这个buff写入数据…

不等了，尝试中断

实例来源：http://blog.csdn.net/quqi99/article/details/5298017

 

 

实例2:

http://junlas.iteye.com/blog/846460

实例3：

http://www.blogjava.net/killme2008/archive/2007/09/14/145195.html

 

 

重要：

一个证明可中断的例子：http://yanxuxin.iteye.com/blog/566713

关于多线程问题，signalAll,await问题：http://www.iteye.com/problems/72378

ReentrantLock ：http://hujin.iteye.com/blog/479689

java的concurrent用法详解：

http://www.open-open.com/bbs/view/1320131360999

 

ReentrantLock-互斥同步器：

http://www.cnblogs.com/mandela/archive/2011/04/08/2009810.html

 

一个重要Example：

 

 package tags;

 import java.util.Calendar;

 public class TestLock {
     private ReentrantLock lock = null;

     public int data = 100;     // 用于线程同步访问的共享数据

     public TestLock() {
         lock = new ReentrantLock(); // 创建一个自由竞争的可重入锁
     }
     public ReentrantLock getLock() {
         return lock;
     }

     public void testReentry() {
         lock.lock();
         Calendar now = Calendar.getInstance();
         System.out.println(now.getTime() + " " + Thread.currentThread() + " get lock.");
     }

     public static void main(String[] args) {
         TestLock tester = new TestLock();

         //1、测试可重入
         tester.testReentry();
         tester.testReentry(); // 能执行到这里而不阻塞，表示锁可重入
         tester.testReentry(); // 再次重入

         // 释放重入测试的锁，要按重入的数量解锁，否则其他线程无法获取该锁。
         tester.getLock().unlock();
         tester.getLock().unlock();
         tester.getLock().unlock();

         //2、测试互斥
         // 启动3个线程测试在锁保护下的共享数据data的访问
         new Thread(new workerThread(tester)).start();
         new Thread(new workerThread(tester)).start();
         new Thread(new workerThread(tester)).start();
     }


     // 线程调用的方法
     public void testRun() throws Exception {
         lock.lock();

         Calendar now = Calendar.getInstance();
         try {
             // 获取锁后显示 当前时间 当前调用线程 共享数据的值（并使共享数据 + 1）
             System.out.println(now.getTime() + " " + Thread.currentThread()+ " accesses the data " + data++);
             Thread.sleep(1000);
         } catch (Exception e) {
             e.printStackTrace();
         } finally {
             lock.unlock();
         }
     }
 }

 // 工作线程，调用TestServer.testRun
 class workerThread implements Runnable {

     private TestLock tester = null;

     public workerThread(TestLock testLock) {
         this.tester = testLock;
     }

     public void run() {
         try {
             tester.testRun();
         } catch (Exception e) {
             e.printStackTrace();
         }
     }
 }

Example3:

 

 package tags;
 import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

 public class ReentrantLockSample {

     public static void main(String[] args) {
         testSynchronized();
         //testReentrantLock();
     }

     public static void testReentrantLock() {
         final SampleSupport1 support = new SampleSupport1();
         Thread first = new Thread(new Runnable() {
             public void run() {
                 try {
                     support.doSomething();
                 }
                 catch (InterruptedException e) {
                     e.printStackTrace();
                 }
             }
         });

         Thread second = new Thread(new Runnable() {
             public void run() {
                 try {
                     support.doSomething();
                 }
                 catch (InterruptedException e) {
                     System.out.println("Second Thread Interrupted without executing counter++,beacuse it waits a long time.");
                 }
             }
         });

         executeTest(first, second);
     }

     public static void testSynchronized() {
         final SampleSupport2 support2 = new SampleSupport2();

         Runnable runnable = new Runnable() {
             public void run() {
                 support2.doSomething();
             }
         };

         Thread third = new Thread(runnable);
         Thread fourth = new Thread(runnable);

         executeTest(third, fourth);
     }

     /**
      * Make thread a run faster than thread b,
      * then thread b will be interruted after about 1s.
      * @param a
      * @param b
      */
     public static void executeTest(Thread a, Thread b) {
         a.start();
         try {
             Thread.sleep(100);
             b.start(); // The main thread sleep 100ms, and then start the second thread.

             Thread.sleep(1000);
     // 1s later, the main thread decided not to allow the second thread wait any longer.
             b.interrupt();
         }
         catch (InterruptedException e) {
             e.printStackTrace();
         }
     }
 }

 abstract class SampleSupport {

     protected int counter;

     /**
      * A simple countdown,it will stop after about 5s.
      */
     public void startTheCountdown() {
         long currentTime = System.currentTimeMillis();
         for (;;) {
             long diff = System.currentTimeMillis() - currentTime;
             if (diff > 5000) {
                 break;
             }
         }
     }
 }

 class SampleSupport1 extends SampleSupport {

     private final ReentrantLock lock = new ReentrantLock();

     public void doSomething() throws InterruptedException {
         lock.lockInterruptibly(); // (1)
         System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " will execute counter++.");
         startTheCountdown();
         try {
             counter++;
         }
         finally {
             lock.unlock();
         }
     }
 }

 class SampleSupport2 extends SampleSupport {

     public synchronized void doSomething() {
         System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " will execute counter++.");
         startTheCountdown();
         counter++;
     }
 }

 在这个例子中，辅助类SampleSupport提供一个倒计时的功能startTheCountdown()，这里倒计时5s左右。SampleSupport1,SampleSupport2继承其并分别的具有doSomething()方法，任何进入方法的线程会运行5s左右之后counter++然后离开方法释放锁。SampleSupport1是使用ReentrantLock机制，SampleSupport2是使用synchronized机制。 

    testSynchronized()和testReentrantLock()都分别开启两个线程执行测试方法executeTest()，这个方法会让一个线程先启动，另一个过100ms左右启动，并且隔1s左右试图中断后者。结果正如之前提到的第二点：interrupt()对于synchronized是没有作用的,它依然会等待5s左右获得锁执行counter++;而ReentrantLock机制可以保证在线程还未获得并且试图获得锁时如果发现线程中断，则抛出异常清除中断标记退出竞争。所以testReentrantLock()中second线程不会继续去竞争锁,执行异常内的打印语句后线程运行结束。 

来源：http://yanxuxin.iteye.com/blog/566713

Example4：

三个线程，线程名分别为A、B、C，设计程序使得三个线程循环打印“ABC”10次后终止。如：ABCABCABCABCABCABCABCABCABCABC

 

 package tags;

 import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

 public class ReentrantLockPractice {

     static ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
     private static String[] threadArr = {"A","B","C"};

     public static void main(String[] args){
         ReentrantLockPractice pc = new ReentrantLockPractice();
         pc.startDemo();
     }

     void startDemo(){
         for(int i = 0;i<10;i++){
             for(String name : threadArr){
                 TestThread t = new TestThread(name);
                 t.start();
                 try {
                     Thread.sleep(100);
                 } catch (InterruptedException e) {
                     e.printStackTrace();
                 }
             }
         }
     }


     class TestThread extends Thread{

         //自定义线程名字
         TestThread(String str){
             super(str);
         }

         public void run(){
             try {
                 lock.lockInterruptibly();
                 System.out.print(Thread.currentThread().getName());
             } catch (InterruptedException e) {
                 e.printStackTrace();
             } finally{
                 lock.unlock();
             }
         }
     }

 }

 注意与Example2的区别，一个线材类定义在内部，一个在外部，注意区别。

 

 

 

 

 

 

相同：ReentrantLock提供了synchronized类似的功能和内存语义。

 

不同：

1.ReentrantLock功能性方面更全面，比如时间锁等候，可中断锁等候，锁投票等，因此更有扩展性。在多个条件变量和高度竞争锁的地方，用ReentrantLock更合适，ReentrantLock还提供了Condition，对线程的等待和唤醒等操作更加灵活，一个ReentrantLock可以有多个Condition实例，所以更有扩展性。

2.ReentrantLock必须在finally中释放锁，否则后果很严重，编码角度来说使用synchronized更加简单，不容易遗漏或者出错。

3.ReentrantLock 的性能比synchronized会好点。

4.ReentrantLock提供了可轮询的锁请求，他可以尝试的去取得锁，如果取得成功则继续处理，取得不成功，可以等下次运行的时候处理，所以不容易产生死锁，而synchronized则一旦进入锁请求要么成功，要么一直阻塞，所以更容易产生死锁。

 

1、Lock的某些方法可以决定多长时间内尝试获取锁，如果获取不到就抛异常，这样就可以一定程度上减轻死锁的可能性。

如果锁被另一个线程占据了，synchronized只会一直等待，很容易错序死锁 

2、synchronized的话，锁的范围是整个方法或synchronized块部分；而Lock因为是方法调用，可以跨方法，灵活性更大 

3、便于测试，单元测试时，可以模拟Lock，确定是否获得了锁，而synchronized就没办法了

ReentrantLock比synchronized 强大在哪儿？

简单说： 

1、ReentrantLock可以实现fair lock 

public ReentrantLock(boolean fair) {   

    sync = (fair)? new FairSync() : new NonfairSync();  

}  

所谓fair lock就是看获得锁的顺序是不是和申请锁的时间的顺序是一致的 

2、ReentrantLock支持中断处理 

public final void acquireInterruptibly(int arg) throws InterruptedException {  

    if (Thread.interrupted())  

        throw new InterruptedException();  

    if (!tryAcquire(arg))  

        doAcquireInterruptibly(arg);  

}  

就是说那些持有锁的线程一直不释放，正在等待的线程可以放弃等待。 

3、ReentrantLock可以和condition结合使用 

 

public boolean hasWaiters(Condition condition) {  

    if (condition == null)  

        throw new NullPointerException();  

    if (!(condition instanceof AbstractQueuedSynchronizer.ConditionObject))  

        throw new IllegalArgumentException("not owner");  

    return sync.hasWaiters((AbstractQueuedSynchronizer.ConditionObject)condition);  

}  

public int getWaitQueueLength(Condition condition) {  

    if (condition == null)  

        throw new NullPointerException();  

    if (!(condition instanceof AbstractQueuedSynchronizer.ConditionObject))  

        throw new IllegalArgumentException("not owner");  

    return sync.getWaitQueueLength((AbstractQueuedSynchronizer.ConditionObject)condition);  

}  

 

 

ReentrantLock代码剖析之ReentrantLock.lock：
http://www.cnblogs.com/MichaelPeng/archive/2010/02/12/1667947.html

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