Java并发库（十一、十二）：线程锁、读写锁
深切怀念传智播客张孝祥老师，特将其代表作——Java并发库视频研读两遍，受益颇丰，记以后阅
11.java5的线程锁技术
java.util.concurrent.locks 为锁和等待条件提供一个框架的接口和类，
| 接口摘要 |
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| Condition |
Condition 将 Object 监视器方法（wait、notify 和notifyAll）分解成截然不同的对象，以便通过将这些对象与任意Lock 实现组合使用，为每个对象提供多个等待 set（wait-set）。 |
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| Lock |
Lock 实现提供了比使用 synchronized 方法和语句可获得的更广泛的锁定操作。 |
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| ReadWriteLock |
ReadWriteLock 维护了一对相关的锁，一个用于只读操作，另一个用于写入操作。 |
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| 类摘要 |
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| AbstractOwnableSynchronizer |
可以由线程以独占方式拥有的同步器。 |
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| AbstractQueuedLongSynchronizer |
以 long 形式维护同步状态的一个 AbstractQueuedSynchronizer 版本。 |
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| AbstractQueuedSynchronizer |
为实现依赖于先进先出 (FIFO) 等待队列的阻塞锁和相关同步器（信号量、事件，等等）提供一个框架。 |
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| LockSupport |
用来创建锁和其他同步类的基本线程阻塞原语。 |
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| ReentrantLock |
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。 |
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| ReentrantReadWriteLock |
支持与 ReentrantLock 类似语义的ReadWriteLock 实现。 |
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| ReentrantReadWriteLock.ReadLock |
ReentrantReadWriteLock.readLock() 方法返回的锁。 |
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| ReentrantReadWriteLock.WriteLock |
ReentrantReadWriteLock.writeLock() 方法返回的锁。 |
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Lock比传统线程模型中的synchronized更加面向对象，锁本身也是一个对象，两个线程执行的代码要实现同步互斥效果，就要使用同一个锁对象。锁要上在要操作的资源类的内部方法中，而不是线程代码中。
public interface Lock
所有已知实现类：
ReentrantLock,ReentrantReadWriteLock.ReadLock,ReentrantReadWriteLock.WriteLock
随着灵活性的增加，也带来了更多的责任。不使用块结构锁就失去了使用 synchronized 方法和语句时会出现的锁自动释放功能。在大多数情况下，应该使用以下语句：
Lock l = ...;
l.lock();
try {
// access the resource protected by this lock
} finally {
l.unlock();
}
锁定和取消锁定出现在不同作用范围中时，必须谨慎地确保保持锁定时所执行的所有代码用 try-finally 或 try-catch 加以保护，以确保在必要时释放锁。
| 方法摘要 |
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| void |
lock() 获取锁。 |
| void |
lockInterruptibly() 如果当前线程未被中断，则获取锁。 |
| Condition |
newCondition() 返回绑定到此 Lock 实例的新Condition 实例。 |
| boolean |
tryLock() 仅在调用时锁为空闲状态才获取该锁。 |
| boolean |
tryLock(long time,TimeUnit unit) 如果锁在给定的等待时间内空闲，并且当前线程未被中断，则获取锁。 |
| void |
unlock() 释放锁。 |
Lock与synchronized对比,打印字符串例子
public class LockTest {
/**
* @param args
*/
publicstatic void main(String[] args) {
newLockTest().init();
}
privatevoid init(){
finalOutputer outputer = new Outputer();
newThread(new Runnable(){
@Override
publicvoid run() {
while(true){
try{
Thread.sleep(10);
}catch (InterruptedException e) {
//TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
outputer.output("zhangxiaoxiang");
}
}
}).start();
newThread(new Runnable(){
@Override
publicvoid run() {
while(true){
try{
Thread.sleep(10);
}catch (InterruptedException e) {
//TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
outputer.output("lihuoming");
}
}
}).start();
}
staticclass Outputer{
Locklock = new ReentrantLock();
publicvoid output(String name){
intlen = name.length();
lock.lock();
try{
for(inti=0;i<len;i++){
System.out.print(name.charAt(i));
}
System.out.println();
}finally{
lock.unlock();
}
}
publicsynchronized void output2(String name){
intlen = name.length();
for(inti=0;i<len;i++){
System.out.print(name.charAt(i));
}
System.out.println();
}
publicstatic synchronized void output3(String name){
intlen = name.length();
for(inti=0;i<len;i++){
System.out.print(name.charAt(i));
}
System.out.println();
}
}
}
public class LockTest {
/**
* @param args
*/
public static void main(String[] args) {
new LockTest().init();
}
private void init(){
final Outputer outputer = new Outputer();
new Thread(new Runnable(){
@Override
public void run() {
while(true){
try {
Thread.sleep(10);
} catch (InterruptedException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
outputer.output("zhangxiaoxiang");
}
}
}).start();
new Thread(new Runnable(){
@Override
public void run() {
while(true){
try {
Thread.sleep(10);
} catch (InterruptedException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
outputer.output("lihuoming");
}
}
}).start();
}
static class Outputer{
Lock lock = new ReentrantLock();
public void output(String name){
int len = name.length();
lock.lock();
try{
for(int i=0;i<len;i++){
System.out.print(name.charAt(i));
}
System.out.println();
}finally{
lock.unlock();
}
}
public synchronized void output2(String name){
int len = name.length();
for(int i=0;i<len;i++){
System.out.print(name.charAt(i));
}
System.out.println();
}
public static synchronized void output3(String name){
int len = name.length();
for(int i=0;i<len;i++){
System.out.print(name.charAt(i));
}
System.out.println();
}
}
}
12.java5读写锁技术的妙用
读写锁，分为读锁和写锁，多个读锁不互斥，读锁与写锁互斥，写锁与写锁互斥，由JVM控制。
ReentrantReadWriteLock
| 构造方法摘要 |
| ReentrantReadWriteLock() 使用默认（非公平）的排序属性创建一个新的 ReentrantReadWriteLock。 |
| ReentrantReadWriteLock(boolean fair) 使用给定的公平策略创建一个新的 ReentrantReadWriteLock。 |
| 方法摘要 |
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| protected Thread |
getOwner() 返回当前拥有写入锁的线程，如果没有这样的线程，则返回 null。 |
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| protected Collection<Thread> |
getQueuedReaderThreads() 返回一个 collection，它包含可能正在等待获取读取锁的线程。 |
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| protected Collection<Thread> |
getQueuedThreads() 返回一个 collection，它包含可能正在等待获取读取或写入锁的线程。 |
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| protected Collection<Thread> |
getQueuedWriterThreads() 返回一个 collection，它包含可能正在等待获取写入锁的线程。 |
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| int |
getQueueLength() 返回等待获取读取或写入锁的线程估计数目。 |
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| int |
getReadHoldCount() 查询当前线程在此锁上保持的重入读取锁数量。 |
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| int |
getReadLockCount() 查询为此锁保持的读取锁数量。 |
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| protected Collection<Thread> |
getWaitingThreads(Condition condition) 返回一个 collection，它包含可能正在等待与写入锁相关的给定条件的那些线程。 |
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| int |
getWaitQueueLength(Condition condition) 返回正等待与写入锁相关的给定条件的线程估计数目。 |
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| int |
getWriteHoldCount() 查询当前线程在此锁上保持的重入写入锁数量。 |
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| boolean |
hasQueuedThread(Thread thread) 查询是否给定线程正在等待获取读取或写入锁。 |
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| boolean |
hasQueuedThreads() 查询是否所有的线程正在等待获取读取或写入锁。 |
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| boolean |
hasWaiters(Condition condition) 查询是否有些线程正在等待与写入锁有关的给定条件。 |
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| boolean |
isFair() 如果此锁将公平性设置为 ture，则返回 true。 |
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| boolean |
isWriteLocked() 查询是否某个线程保持了写入锁。 |
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| boolean |
isWriteLockedByCurrentThread() 查询当前线程是否保持了写入锁。 |
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| ReentrantReadWriteLock.ReadLock |
readLock() 返回用于读取操作的锁。 |
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| String |
toString() 返回标识此锁及其锁状态的字符串。 |
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| ReentrantReadWriteLock.WriteLock |
writeLock() 返回用于写入操作的锁。 |
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三个线程读数据，三个线程写数据示例：
可以同时读，读的时候不能写，不能同时写，写的时候不能读
读的时候上读锁，读完解锁；写的时候上写锁，写完解锁。注意finally解锁
package cn.itheima;
import java.util.Random;
importjava.util.concurrent.locks.ReadWriteLock;
importjava.util.concurrent.locks.ReentrantReadWriteLock;
public class ReadWriteLockDemo
{
/**读写所使用
* 三个线程读，三个线程写
*/
publicstatic void main(String[] args)
{
//共享对象
finalSource source = new Source();
//创建线程
for(int i=0; i<3; i++)
{
//读
newThread(new Runnable()
{
publicvoid run()
{
while(true)
source.get();
}
}).start();
//写
newThread(new Runnable()
{
publicvoid run()
{
while(true)
source.put(newRandom().nextInt(999));
}
}).start();
}
}
staticclass Source
{
//共享数据
privateint data = 0;
//要操作同一把锁上的读或写锁
ReadWriteLock rwl =new ReentrantReadWriteLock();
//读方法
publicvoid get()
{
//上读锁
rwl.readLock().lock();
try
{
//获取数据并输出
System.out.println("读——"+Thread.currentThread().getName()+"正在获取数据。。。");
try
{
Thread.sleep(newRandom().nextInt(6)*1000);
}catch (InterruptedException e)
{
e.printStackTrace();
}
System.out.println("读——"+Thread.currentThread().getName()+"获取到的数据："+data);
}finally
{
//解锁
rwl.readLock().unlock();
}
}
//写方法
publicvoid put(int data)
{
//上写锁
rwl.writeLock().lock();
try
{
//提示信息
System.out.println("写——"+Thread.currentThread().getName()+"正在改写数据。。。");
try
{
Thread.sleep(newRandom().nextInt(6)*1000);
}catch (InterruptedException e)
{
e.printStackTrace();
}
this.data= data;
System.out.println("写——"+Thread.currentThread().getName()+"已将数据改写为："+data);
}finally
{
//解锁
rwl.writeLock().unlock();
}
}
}
}
public class ReadWriteLockTest {
public static void main(String[] args) {
final Queue3 q3 = new Queue3();
for(int i=0;i<3;i++)
{
new Thread(){
public void run(){
while(true){
q3.get();
}
}
}.start();
new Thread(){
public void run(){
while(true){
q3.put(new Random().nextInt(10000));
}
}
}.start();
}
}
}
class Queue3{
private Object data = null;//共享数据，只能有一个线程能写该数据，但可以有多个线程同时读该数据。
ReadWriteLock rwl = new ReentrantReadWriteLock();
public void get(){
rwl.readLock().lock();
try {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " be ready to read data!");
Thread.sleep((long)(Math.random()*1000));
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "have read data :" + data);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}finally{
rwl.readLock().unlock();
}
}
public void put(Object data){
rwl.writeLock().lock();
try {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " be ready to write data!");
Thread.sleep((long)(Math.random()*1000));
this.data = data;
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " have write data: " + data);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}finally{
rwl.writeLock().unlock();
}
}
}
JDK帮助文档中的示例用法。下面的代码展示了如何利用重入来执行升级缓存后的锁降级（为简单起见，省略了异常处理）：
class CachedData {//阻塞队列的实现
Object data;
volatile boolean cacheValid; 数据有没有标记
ReentrantReadWriteLock rwl = new ReentrantReadWriteLock();
void processCachedData() {处理数据
rwl.readLock().lock();先上读锁
if (!cacheValid) {如果数据不存在
// Must release read lock before acquiring write lock
rwl.readLock().unlock();准备写数据，需先解除读锁
rwl.writeLock().lock();上写锁
// Recheck state because another thread might have acquired
// write lock and changed state before we did.
if (!cacheValid) {再次检查数据是否存在，防止其他线程已经存入数据
data = ...
cacheValid = true;写好数据，改变标记
}
// Downgrade by acquiring read lock before releasing write lock
准备释放写锁，数据存在了，释放后就要使用数据，恢复产生数据前的读锁状态
rwl.readLock().lock();
rwl.writeLock().unlock(); // Unlock write, still hold read
}
use(data);存在直接使用数据
rwl.readLock().unlock();解除读锁
}
}
面试题：设计一个缓存系统
缓存系统：你要取数据，需调用我的public ObjectgetData(String key)方法，我要检查我内部有没有这个数据，如果有就直接返回，如果没有，就从数据库中查找这个数，查到后将这个数据存入我内部的存储器中，下次再有人来要这个数据，我就直接返回这个数不用再到数据库中找了。 你要取数据不要找数据库，来找我。
class CachedSystem
{ 缓存系统的存储器
privateMap<String, Object> cache = new HashMap<String, Object>();
取数据方法 可能有多个线程来取数据，没有数据的话又会去数据库查询，需要互斥
publicsynchronizedObject get(String key)
{ 先查询内部存储器中有没有要的值
Objectvalue = cache.get(key);
if(value==null)如果没有，就去数据库中查询，并将查到的结果存入内部存储器中
{
value= “aaaa”; 实际代码是查询后的结果 queryDB(key)
cache.put(key,value);
}
return value;
}
}
上面的代码每次只能有一个线程来查询，但只有写的时候才需要互斥，修改如下
来一个读写锁
ReadWriteLockrwl = new ReentrantReadWriteLock();
public Object get(String key)
{
上读锁
rwl.readLock().lock();
先查询内部存储器中有没有要的值
Objectvalue = cache.get(key);
if(value==null)如果没有，就去数据库中查询，并将查到的结果存入内部存储器中
{
释放读锁 上写锁
rwl.readLock().unlock();
rwl.writeLock().lock();
if(value==null)再次进行判断，防止多个写线程堵在这个地方重复写
{
value = “aaaa”;
cache.put(key, value);
}
设置完成 释放写锁，恢复读写状态
rwl.readLock().lock();
rwl.writeLock().unlock();
}
释放读锁
rwl.readLock().unlock();
return value; 注意：try finally中unlock
}
public class CacheDemo {
private Map<String, Object> cache = new HashMap<String, Object>();
private ReadWriteLock rwl = new ReentrantReadWriteLock();
public Object getData(String key){
rwl.readLock().lock();
Object value = null;
try{
value = cache.get(key);
if(value == null){
rwl.readLock().unlock();
rwl.writeLock().lock();
try{
if(value==null){
value = "aaaa";//实际失去queryDB();
}
}finally{
rwl.writeLock().unlock();
}
rwl.readLock().lock();
}
}finally{
rwl.readLock().unlock();
}
return value;
}
}