【Java】高并发-JUC:ReentrantLock重入锁

1.synchronized的局限性

synchronized是java内置的关键字，它提供了一种独占的加锁方式。synchronized的获取和释放锁由jvm实现，用户不需要显示的释放锁，非常方便，然而synchronized也有一定的局限性，例如：

• 当线程尝试获取锁的时候，如果获取不到锁会一直阻塞，这个阻塞的过程，用户无法控制
• 如果获取锁的线程进入休眠或者阻塞，除非当前线程异常，否则其他线程尝试获取锁必须一直等待

JDK1.5之后发布，加入了Doug Lea实现的java.util.concurrent包。包内提供了Lock类，用来提供更多扩展的加锁功能。Lock弥补了synchronized的局限，提供了更加细粒度的加锁功能。

2.ReentrantLock

ReentrantLock是Lock的默认实现，在聊ReentranLock之前，我们需要先弄清楚一些概念：

1.可重入锁：可重入锁是指同一个线程可以多次获得同一把锁；ReentrantLock和关键字Synchronized都是可重入锁

2.可中断锁：可中断锁时只线程在获取锁的过程中，是否可以相应线程中断操作。synchronized是不可中断的，ReentrantLock是可中断的

3.公平锁和非公平锁：公平锁是指多个线程尝试获取同一把锁的时候，获取锁的顺序按照线程到达的先后顺序获取，而不是随机插队的方式获取。synchronized是非公平锁，而ReentrantLock是两种都可以实现，不过默认是非公平锁

3.ReentrantLock基本使用

我们使用3个线程来对一个共享变量++操作，先使用synchronized实现，然后使用ReentrantLock实现。

synchronized方式：

ReentrantLock方式：

ReentrantLock的使用过程：

1.创建锁：ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
2.获取锁：lock.lock()
3.释放锁：lock.unlock();

对比上面的代码，与关键字synchronized相比，ReentrantLock锁有明显的操作过程，开发人员必须手动的指定何时加锁，何时释放锁，正是因为这样手动控制，ReentrantLock对逻辑控制的灵活度要远远胜于关键字synchronized，上面代码需要注意lock.unlock()一定要放在finally中，否则，若程序出现了异常，锁没有释放，那么其他线程就再也没有机会获取这个锁了。

4.ReentrantLock获取锁的过程是可中断的

对于synchronized关键字，如果一个线程在等待获取锁，最终只有2种结果：

要么获取到锁然后继续后面的操作

要么一直等待，直到其他线程释放锁为止

而ReentrantLock提供了另外一种可能，就是在等的获取锁的过程中（发起获取锁请求到还未获取到锁这段时间内）是可以被中断的，也就是说在等待锁的过程中，程序可以根据需要取消获取锁的请求。有些使用这个操作是非常有必要的。比如：你和好朋友越好一起去打球，如果你等了半小时朋友还没到，突然你接到一个电话，朋友由于突发状况，不能来了，那么你一定达到回府。中断操作正是提供了一套类似的机制，如果一个线程正在等待获取锁，那么它依然可以收到一个通知，被告知无需等待，可以停止工作了。

先运行一下上面代码，发现程序无法结束，使用jstack查看线程堆栈信息，发现2个线程死锁了。

lock1被线程t1占用，lock2倍线程t2占用，线程t1在等待获取lock2，线程t2在等待获取lock1，都在相互等待获取对方持有的锁，最终产生了死锁，如果是在synchronized关键字情况下发生了死锁现象，程序是无法结束的。

我们队上面代码改造一下，线程t2一直无法获取到lock1，那么等待5秒之后，我们中断获取锁的操作。主要修改一下main方法，如下：

从上面信息中可以看出，代码的31行触发了异常，中断标志输出：false

t2在31行一直获取不到lock1的锁，主线程中等待了5秒之后，t2线程调用了 interrupt()方法，将线程的中断标志置为true，此时31行会触发 InterruptedException异常，然后线程t2可以继续向下执行，释放了lock2的锁，然后线程t1可以正常获取锁，程序得以继续进行。线程发送中断信号触发InterruptedException异常之后，中断标志将被清空。

关于获取锁的过程中被中断，注意几点:

• ReentrankLock中必须使用实例方法 lockInterruptibly()获取锁时，在线程调用interrupt()方法之后，才会引发 InterruptedException异常
• 线程调用interrupt()之后，线程的中断标志会被置为true
• 触发InterruptedException异常之后，线程的中断标志有会被清空，即置为false
• 所以当线程调用interrupt()引发InterruptedException异常，中断标志的变化是:false->true->false

5.ReentrantLock锁申请等待限时

申请锁等待限时是什么意思？一般情况下，获取锁的时间我们是不知道的，synchronized关键字获取锁的过程中，只能等待其他线程把锁释放之后才能够有机会获取到所。所以获取锁的时间有长有短。如果获取锁的时间能够设置超时时间，那就非常好了。

ReentrantLock刚好提供了这样功能，给我们提供了获取锁限时等待的方法 tryLock()，可以选择传入时间参数，表示等待指定的时间，无参则表示立即返回锁申请的结果：true表示获取锁成功，false表示获取锁失败。

tryLock无参方法
看一下源码中tryLock方法：

返回boolean类型的值，此方法会立即返回，结果表示获取锁是否成功，示例：

代码中获取锁成功之后，休眠5秒，会导致另外一个线程获取锁失败，运行代码，输出：

tryLock有参方法
可以明确设置获取锁的超时时间，该方法签名：

该方法在指定的时间内不管是否可以获取锁，都会返回结果，返回true，表示获取锁成功，返回false表示获取失败。此方法由2个参数，第一个参数是时间类型，是一个枚举，可以表示时、分、秒、毫秒等待，使用比较方便，第1个参数表示在时间类型上的时间长短。此方法在执行的过程中，如果调用了线程的中断interrupt()方法，会触发InterruptedException异常。

示例：

程序中调用了ReentrantLock的实例方法 tryLock(3,TimeUnit.SECONDS)，表示获取锁的超时时间是3秒，3秒后不管是否能否获取锁，该方法都会有返回值，获取到锁之后，内部休眠了5秒，会导致另外一个线程获取锁失败。

运行程序，输出：

关于tryLock()方法和tryLock(long timeout, TimeUnit unit)方法，说明一下：

1.都会返回boolean值，结果表示获取锁是否成功

2.tryLock()方法，不管是否获取成功，都会立即返回；而有参的tryLock方法会尝试在指定的时间内去获取锁，中间会阻塞的现象，在指定的时间之后会不管是否能够获取锁都会返回结果

3.tryLock()方法不会响应线程的中断方法；而有参的tryLock方法会响应线程的中断方法，而出发 InterruptedException异常，这个从2个方法的声明上可以可以看出来

6.ReentrantLock其他常用的方法

isHeldByCurrentThread：实例方法，判断当前线程是否持有ReentrantLock的锁，上面代码中有使用过。

7.总结

1.ReentrantLock可以实现公平锁和非公平锁

2.ReentrantLock默认实现的是非公平锁

3.ReentrantLock的获取锁和释放锁必须成对出现，锁了几次，也要释放几次

4.释放锁的操作必须放在finally中执行

5.lockInterruptibly()实例方法可以相应线程的中断方法，调用线程的interrupt()方法时，lockInterruptibly()方法会触发 InterruptedException异常

6.关于 InterruptedException异常说一下，看到方法声明上带有 throwsInterruptedException，表示该方法可以相应线程中断，调用线程的interrupt()方法时，这些方法会触发 InterruptedException异常，触发InterruptedException时，线程的中断中断状态会被清除。所以如果程序由于调用 interrupt()方法而触发 InterruptedException异常，线程的标志由默认的false变为ture，然后又变为false

7.实例方法tryLock()获会尝试获取锁，会立即返回，返回值表示是否获取成功

8.实例方法tryLock(long timeout, TimeUnit unit)会在指定的时间内尝试获取锁，指定的时间内是否能够获取锁，都会返回，返回值表示是否获取锁成功，该方法会响应线程的中断