java线程(2)--同步和锁

参考转载:http://rainyear.iteye.com/blog/1734311

http://turandot.iteye.com/blog/1704027

http://www.cnblogs.com/fguozhu/articles/2657904.html

http://lavasoft.blog.51cto.com/62575/99155

http://www.cnblogs.com/dolphin0520/p/3923167.html

1.线程的内存模型

 Java作为平台无关性语言,JLS(Java语言规范)定义了一个统一的内存管理模型JMM(Java Memory Model),JMM屏蔽了底层平台内存管理细节,在多线程环境中必须解决可见性和有序性的问题。JMM规定了jvm有主内存(Main Memory)和工作内存(Working Memory) ,主内存存放程序中所有的类实例、静态数据等变量,是多个线程共享的,而工作内存存放的是该线程从主内存中拷贝过来的变量以及访问方法所取得的局部变量,是每个线程私有的其他线程不能访问,每个线程对变量的操作都是以先从主内存将其拷贝到工作内存再对其进行操作的方式进行,多个线程之间不能直接互相传递数据通信,只能通过共享变量来进行。

重要的图片看三遍,从三个内存模型的文章中摘出的图片含义是一致的。即:

1.所有线程共享主内存 2.每个线程有自己的工作内存

需要注意的是,首先你得明白什么是主内存,主内存就是我们平时所说的内存。那么哪些变量是共享的?答类变量(静态变量),实例变量(成员变量)共享,是不安全的。而局部变量即方法体内的变量是不共享的,局部变量是安全的。

为什么会线程不安全?从上面的介绍可以看出每个线程从主内存里拿数据,改变了数据后放回主内存。当多个线程都改变主内存里的变量,这个变量的值就不确定了。再准确的说,线程1只想变量a加1,第二次取出a的时候发现a并不是自己想要的。这就是不安全!

2.什么是多线程

上一节已经学习了线程,多线程就是多个运行的线程。看起来解释很搞笑,但我觉得多线程并没有那么复杂,不要以为安全问题就头大,多线程不一定是线程不安全的。上面已经说到,多个线程共享同一个变量就会出现线程安全问题,相反的,不出现共享变量的情况下就没问题了。我有一次测试多线程没问题,后来发现我测试中没有共享变量,每个线程的主体都是新建的对象,于是不存在安全问题。然而,平时用到的多是共享的。即,多个线程的参数是同一个实例。

3.同步上锁

3.1什么是上锁

想要同步就必须要上锁,只有锁住以后,别人才不可以访问我用的东西,我释放了锁后别人才可以用,这样就保证了我使用范围内的变量的绝对控制,即线程安全,也就是同步。那么什么是锁?

Java中每个对象都有一个内置锁。当程序运行到非静态的synchronized同步方法上时,自动获得与正在执行代码类的当前实例(this实例)有关的锁。获得一个对象的锁也称为获取锁、锁定对象、在对象上锁定或在对象上同步。 一个对象只有一个锁。所以,如果一个线程获得该锁,就没有其他线程可以获得锁,直到第一个线程释放(或返回)锁。这也意味着任何其他线程都不能进入该对象上的synchronized方法或代码块,直到该锁被释放。

看完介绍,明白:

  • 对象有个锁,通过synchronize获取;
  • 对象只有一个锁;
  • 对象锁住后别的线程不能访问synchronize代码块;
  • 锁是针对对象的;
  • this表示当前对象

3.2方法上锁

下面是容易理解和看到的例子,就是在方法头加上关键字synchronized

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

3.3对象上锁

对象上锁用this,this代表当前对象。

 public synchronized int getX() {
        return x++;
    }
与
    public int getX() {
        synchronized (this) {
            return x;
        }
    }
效果是完全一样的。

3.4静态方法上锁

要同步静态方法,需要一个用于整个类对象的锁,这个对象是就是这个类(XXX.class)。
例如:
public static synchronized int setName(String name){
      Xxx.name = name;
}
等价于
public static int setName(String name){
      synchronized(Xxx.class){
            Xxx.name = name;
      }
}

3.5如果线程得不到锁会怎样

如果线程试图进入同步方法,而其锁已经被占用,则线程在该对象上被阻塞。实质上,线程进入该对象的的一种池中,必须在哪里等待,直到其锁被释放,该线程再次变为可运行或运行为止。  当考虑阻塞时,一定要注意哪个对象正被用于锁定: 1、调用同一个对象中非静态同步方法的线程将彼此阻塞。如果是不同对象,则每个线程有自己的对象的锁,线程间彼此互不干预。 2、调用同一个类中的静态同步方法的线程将彼此阻塞,它们都是锁定在相同的Class对象上。 3、静态同步方法和非静态同步方法将永远不会彼此阻塞,因为静态方法锁定在Class对象上,非静态方法锁定在该类的对象上。 4、对于同步代码块,要看清楚什么对象已经用于锁定(synchronized后面括号的内容)。在同一个对象上进行同步的线程将彼此阻塞,在不同对象上锁定的线程将永远不会彼此阻塞。

看介绍明白:上锁一定是对象的锁。

3.6死锁

死锁,很熟悉的名字。死锁是线程互相等待,a需要b的资源,但b的资源被b持有没有释放,a阻塞等待;b需要a的资源,但a的资源被a持有没有释放,b阻塞等待。就是我等你,你等我,死循环。实例:

package com.test.java.thread;

/**
 * 死锁
 * Created by mrf on 2016/2/26.
 */
public class DeadLockRisk {
    private static class Resource {
        public int value;
    }

    private Resource resourceA = new Resource();
    private Resource resourceB = new Resource();

    public int read() {
        synchronized (resourceA) {
            synchronized (resourceB) {
                System.out.println("read");
                return resourceB.value + resourceA.value;
            }
        }
    }

    public void write(int a, int b) {
        synchronized (resourceB) {
            synchronized (resourceA) {
                System.out.println("write");
                resourceA.value = a;
                resourceB.value = b;
            }
        }
    }

}

class DeadLockRun implements Runnable{
    DeadLockRisk deadLockRisk = new DeadLockRisk();
    @Override
    public void run() {
        deadLockRisk.write(1,2);
        deadLockRisk.read();
    }

    public static void main(String[] args) {
        DeadLockRun deadLockRun = new DeadLockRun();
        Thread t1 = new Thread(deadLockRun);
        Thread t2 = new Thread(deadLockRun);
        t1.start();
        t2.start();
    }
}

这个实例中,要注意到两个线程的声明过程,都是针对同一个对象的,所以才有资源争抢行为。

4小结

1、线程同步的目的是为了保护多个线程反问一个资源时对资源的破坏。 2、线程同步方法是通过锁来实现,每个对象都有切仅有一个锁,这个锁与一个特定的对象关联,线程一旦获取了对象锁,其他访问该对象的线程就无法再访问该对象的其他同步方法。 3、对于静态同步方法,锁是针对这个类的,锁对象是该类的Class对象。静态和非静态方法的锁互不干预。一个线程获得锁,当在一个同步方法中访问另外对象上的同步方法时,会获取这两个对象锁。 4、对于同步,要时刻清醒在哪个对象上同步,这是关键。 5、编写线程安全的类,需要时刻注意对多个线程竞争访问资源的逻辑和安全做出正确的判断,对“原子”操作做出分析,并保证原子操作期间别的线程无法访问竞争资源。 6、当多个线程等待一个对象锁时,没有获取到锁的线程将发生阻塞。 7、死锁是线程间相互等待锁锁造成的,在实际中发生的概率非常的小。真让你写个死锁程序,不一定好使,呵呵。但是,一旦程序发生死锁,程序将死掉。

还有,同步通过上锁来实现,即原子操作互不影响;上锁是针对对象的,类对象或者实例对象。


以下转载自:http://www.cnblogs.com/dolphin0520/p/3923167.html

 5 synchronized的缺陷

synchronized是java中的一个关键字,也就是说是Java语言内置的特性。那么为什么会出现Lock呢? 如果一个代码块被synchronized修饰了,当一个线程获取了对应的锁,并执行该代码块时,其他线程便只能一直等待,等待获取锁的线程释放锁,而这里获取锁的线程释放锁只会有两种情况:

  • 获取锁的线程执行完了该代码块,然后线程释放对锁的占有;
  • 线程执行发生异常,此时JVM会让线程自动释放锁。

那么如果这个获取锁的线程由于要等待IO或者其他原因(比如调用sleep方法)被阻塞了,但是又没有释放锁,其他线程便只能干巴巴地等待,试想一下,这多么影响程序执行效率。 因此就需要有一种机制可以不让等待的线程一直无期限地等待下去(比如只等待一定的时间或者能够响应中断),通过Lock就可以办到。 再举个例子:当有多个线程读写文件时,读操作和写操作会发生冲突现象,写操作和写操作会发生冲突现象,但是读操作和读操作不会发生冲突现象。 但是采用synchronized关键字来实现同步的话,就会导致一个问题: 如果多个线程都只是进行读操作,所以当一个线程在进行读操作时,其他线程只能等待无法进行读操作。 因此就需要一种机制来使得多个线程都只是进行读操作时,线程之间不会发生冲突,通过Lock就可以办到。 另外,通过Lock可以知道线程有没有成功获取到锁。这个是synchronized无法办到的。 总结一下,也就是说Lock提供了比synchronized更多的功能。但是要注意以下几点:

  •  Lock不是Java语言内置的,synchronized是Java语言的关键字,因此是内置特性。Lock是一个类,通过这个类可以实现同步访问;
  •  Lock和synchronized有一点非常大的不同,采用synchronized不需要用户去手动释放锁,当synchronized方法或者synchronized代码块执行完之后,系统会自动让线程释放对锁的占用;而Lock则必须要用户去手动释放锁,如果没有主动释放锁,就有可能导致出现死锁现象。

 6.java.util.concurrent.locks包下常用类

6.1 Lock

首先要说明的就是Lock,通过查看源码可知,Lock是一个接口:

public interface Lock {
    void lock();
    void lockInterruptibly() throws InterruptedException;
    boolean tryLock();
    boolean tryLock(long time, TimeUnit unit) throws InterruptedException;
    void unlock();
    Condition newCondition();
}

lock()方法是平常使用最多的一个方法,就是用来获取锁。如果锁已经被其他线程获取,则进行等待。如果采用Lock必须主动释放锁,并且发生异常时,不会自动释放锁。因此一般来说,使用Lock必须在try{}catch{}块中进行,并且将释放锁的操作放在finally块中进行,以保证锁一定被被释放,防止死锁的发生。通常使用Lock来进行同步的话,是以下面这种形式去使用的:

class C {
        //锁对象
        private final ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
        ......
        //保证线程安全方法
        public void method() {
            //上锁
            lock.lock();
            try {
                //保证线程安全操作代码
            } catch() {
            
            } finally {
                lock.unlock();//释放锁
            }
        }
    }

tryLock()方法是有返回值的,它表示用来尝试获取锁,如果获取成功,则返回true,如果获取失败(即锁已被其他线程获取),则返回false,也就是说这个方法无论如何都会立即返回。在拿不到锁时不会一直在等待。

tryLock(long time, TimeUnit unit)方法和tryLock()方法是类似的,只不过区别在于这个方法在拿不到锁时会等待一定的时间,在时间期限之内如果还拿不到锁,就返回false。如果如果一开始拿到锁或者在等待期间内拿到了锁,则返回true。

所以,一般情况下tryLock获取锁时这样使用:

Lock lock = ...;
if(lock.tryLock()) {
     try{
         //处理任务
     }catch(Exception ex){
         
     }finally{
         lock.unlock();   //释放锁
     } 
}else {
    //如果不能获取锁,则直接做其他事情
}

lockInterruptibly()方法比较特殊,当通过这个方法去获取锁时,如果线程正在等待获取锁,则这个线程能响应中断,即中断线程的等待状态。也就是说当两个线程同时通过lock.lockInterruptibly()想获取某个锁时,假若此时线程A获取到了锁,而线程B只有在等待,那么对线程B调用threadB.interrupt()方法能够中断线程B的等待过程。

 由于lockInterruptibly()的声明中抛出了异常,所以lock.lockInterruptibly()必须放在try块中或者在调用lockInterruptibly()的方法外声明抛出InterruptedException。

  因此lockInterruptibly()一般的使用形式如下:

public void method() throws InterruptedException {
    lock.lockInterruptibly();
    try {  
     //.....
    }
    finally {
        lock.unlock();
    }  
}

  注意,当一个线程获取了锁之后,是不会被interrupt()方法中断的。因为本身在前面的文章中讲过单独调用interrupt()方法不能中断正在运行过程中的线程,只能中断阻塞过程中的线程。

因此当通过lockInterruptibly()方法获取某个锁时,如果不能获取到,只有进行等待的情况下,是可以响应中断的。而用synchronized修饰的话,当一个线程处于等待某个锁的状态,是无法被中断的,只有一直等待下去。

6.2 ReentrantLock

ReentrantLock,意思是“可重入锁”。ReentrantLock是唯一实现了Lock接口的类,并且ReentrantLock提供了更多的方法。下面通过一些实例看具体看一下如何使用ReentrantLock。

例子1,lock()的正确使用方法

public class TestLock {
    private ArrayList<Integer> arrayList = new ArrayList<>();
    public static void main(String[] args){
        final TestLock testLock = new TestLock();

        new Thread(){
            public void run(){
                testLock.insert(Thread.currentThread());
            }
        }.start();
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            new Thread(){
                public void run(){
                    testLock.insert(Thread.currentThread());
                }
            }.start();
        }

    }

    private void insert(Thread thread) {
        Lock lock = new ReentrantLock();//注意这个地方
        lock.lock();
        try {
            System.out.println(thread.getName()+"得到了锁");
            for (int i = 0; i <5 ; i++) {
                arrayList.add(i);
            }
        }catch (Exception e){
            //ToDo:hanle exception
        }finally {
            System.out.println(thread.getName()+"释放了锁");
            lock.unlock();
        }
    }
}

  结果却不是想象中的同步:

Thread-0得到了锁
Thread-1得到了锁
Thread-0释放了锁
Thread-1释放了锁
Thread-2得到了锁
Thread-3得到了锁
Thread-2释放了锁
Thread-3释放了锁
Thread-4得到了锁
Thread-4释放了锁
Thread-5得到了锁
Thread-5释放了锁

  为什么结果不是同步上锁呢?因为这里的lock放在方法里,是局部变量。在开头已经描述了,方法中的局部变量存储在线程的工作区中,每个线程执行到该方法时都会保存一个副本,那么理所当然每个线程执行到lock.lock()处获取的是不同的锁,所以不会冲突。

  因此,应该将lock声明为类的属性。共享:

public class TestLock {
    private ArrayList<Integer> arrayList = new ArrayList<>();
    private Lock lock = new ReentrantLock();//注意这个地方
    public static void main(String[] args){
        final TestLock testLock = new TestLock();

        new Thread(){
            public void run(){
                testLock.insert(Thread.currentThread());
            }
        }.start();
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            new Thread(){
                public void run(){
                    testLock.insert(Thread.currentThread());
                }
            }.start();
        }

    }

    private void insert(Thread thread) {

        lock.lock();
        try {
            System.out.println(thread.getName()+"得到了锁");
            for (int i = 0; i <5 ; i++) {
                arrayList.add(i);
            }
        }catch (Exception e){
            //ToDo:hanle exception
        }finally {
            System.out.println(thread.getName()+"释放了锁");
            lock.unlock();
        }
    }
}

  这样就是正确的使用lock的方法了。

例子2,tryLock()的使用方法

class TestTryLock{
    private ArrayList<Integer> arrayList = new ArrayList<>();
    private Lock lock = new ReentrantLock();//注意这个地方
    public static void main(String[] args){
        final TestTryLock testLock = new TestTryLock();
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            new Thread(){
                public void run(){
                    testLock.insert(Thread.currentThread());
                }
            }.start();
        }

    }

    private void insert(Thread thread) {
        if (lock.tryLock()){
            try {
                System.out.println(thread.getName()+" :得到了锁");
                for (int i = 0; i <5 ; i++) {
                    arrayList.add(i);
                }
//                Thread.sleep(10);
            }catch (Exception e){
                //ToDo:handle exception
            }finally {
                System.out.println(thread.getName()+" :释放了锁");
                lock.unlock();
            }
        }else{
            System.out.println(thread.getName()+"获取锁失败");
        }
    }
}

  由于多线程运行不确定,结果不定,因此可以sleep一下更明显。

Thread-1 :得到了锁
Thread-2获取锁失败
Thread-0获取锁失败
Thread-3获取锁失败
Thread-1 :释放了锁
Thread-4 :得到了锁
Thread-4 :释放了锁

  例子3,lockInterrptibly()响应中断的使用方法:

class TestLockInterruptibly{
    private Lock lock = new ReentrantLock();
    public static void main(String[] args) {
        TestLockInterruptibly testLockInterruptibly = new TestLockInterruptibly();
        MyThread thread1 = new MyThread(testLockInterruptibly);
        MyThread thread2 = new MyThread(testLockInterruptibly);
        thread1.start();
        thread2.start();

        try {
            Thread.sleep(2000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        thread2.interrupt();

    }
    private void insert(Thread thread) throws InterruptedException {
            lock.lockInterruptibly();//注意:如果需要正确中断等待锁的线程,必须将获取锁放在外面,然后将InterruptedException抛出
            try {
                System.out.println(thread.getName()+" :得到了锁");
                long start = System.currentTimeMillis();
                for (;;){
                    if (System.currentTimeMillis()-start >=Integer.MAX_VALUE)
                        break;
                    //插入数据
                }
            }finally {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"执行finally");
                lock.unlock();
                System.out.println(thread.getName()+"释放了锁");
            }

    }

   static  class MyThread extends Thread{
        private TestLockInterruptibly testLockInterruptibly = null;
        public MyThread(TestLockInterruptibly testLockInterruptibly){
            this.testLockInterruptibly = testLockInterruptibly;
        }

        @Override
        public void run() {
            try{
                testLockInterruptibly.insert(Thread.currentThread());
            } catch (InterruptedException e) {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"被中断");
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

  运行之后发现thread2能够被中断,但程序没有结束。

Thread-0 :得到了锁
Thread-1被中断
java.lang.InterruptedException
	at java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedSynchronizer.doAcquireInterruptibly(AbstractQueuedSynchronizer.java:896)
	at java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedSynchronizer.acquireInterruptibly(AbstractQueuedSynchronizer.java:1221)
	at java.util.concurrent.locks.ReentrantLock.lockInterruptibly(ReentrantLock.java:340)
	at com.test.java.thread.TestLockInterruptibly.insert(TestLock.java:102)
	at com.test.java.thread.TestLockInterruptibly.access$000(TestLock.java:84)
	at com.test.java.thread.TestLockInterruptibly$MyThread.run(TestLock.java:128)

  6.3 ReadWriteLock

ReadWriteLock也是一个接口,在它里面只定义了两个方法:

public interface ReadWriteLock {
    /**
     * Returns the lock used for reading.
     *
     * @return the lock used for reading.
     */
    Lock readLock();

    /**
     * Returns the lock used for writing.
     *
     * @return the lock used for writing.
     */
    Lock writeLock();
}

  一个用来获取读锁,一个用来获取写锁。也就是说将文件的读写操作分开,分成2个锁来分配给线程,从而使得多个线程可以同时进行读操作。下面的ReentrantReadWriteLock实现了ReadWriteLock接口。

6.4 ReentrantReadWriteLock

ReentrantReadWriteLock里面提供了很多丰富的方法,不过最主要的有两个方法:readLock()和writeLock()用来获取读锁和写锁。

  下面通过几个例子来看一下ReentrantReadWriteLock具体用法。

  假如有多个线程要同时进行读操作的话,先看一下synchronized达到的效果:

/**
 * 读写锁
 * 若使用synchronized
 */
class TestReadWriteLock{
    private ReentrantReadWriteLock rwl = new ReentrantReadWriteLock();

    public static void main(String[] args) {
        final TestReadWriteLock test = new TestReadWriteLock();
        new Thread(){
            public void run(){
                test.get(Thread.currentThread());
            }
        }.start();
        new Thread(){
            public void run(){
                test.get(Thread.currentThread());
            }
        }.start();
    }

    public synchronized void get(Thread thread){
        long start = System.currentTimeMillis();
        while (System.currentTimeMillis()-start<=1){
            System.out.println(thread.getName()+"正在进行读操作");
        }
        System.out.println(thread.getName()+"读操作完毕");
    }
}

  这段程序的输出结果会是,直到thread0执行完读操作之后,才会打印thread1执行读操作的信息。

Thread-0正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
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Thread-0正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
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Thread-0正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
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Thread-0正在进行读操作
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Thread-0正在进行读操作
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Thread-0正在进行读操作
Thread-0读操作完毕
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Thread-1正在进行读操作
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Thread-1正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
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Thread-1正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
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Thread-1正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
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Thread-1正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-1读操作完毕

  而改成读写锁的话:

class TestReadWriteLock{
    private ReentrantReadWriteLock rwl = new ReentrantReadWriteLock();

    public static void main(String[] args) {
        final TestReadWriteLock test = new TestReadWriteLock();
        new Thread(){
            public void run(){
                test.get2(Thread.currentThread());
            }
        }.start();
        new Thread(){
            public void run(){
                test.get2(Thread.currentThread());
            }
        }.start();
    }

    public synchronized void get(Thread thread){
        long start = System.currentTimeMillis();
        while (System.currentTimeMillis()-start<=1){
            System.out.println(thread.getName()+"正在进行读操作");
        }
        System.out.println(thread.getName()+"读操作完毕");
    }

    public void get2(Thread thread){
        rwl.readLock().lock();
        try {
            long start = System.currentTimeMillis();
            while (System.currentTimeMillis()-start<=1){
                System.out.println(thread.getName()+"正在进行读操作");
            }
            System.out.println(thread.getName()+"读操作完毕");
        }finally {
            rwl.readLock().unlock();
        }
    }
}

  此时打印的结果为:

Thread-0正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-0正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-0读操作完毕
Thread-1正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-1正在进行读操作
Thread-1读操作完毕

说明thread0和thread1在同时进行读操作。

  这样就大大提升了读操作的效率。

  不过要注意的是,如果有一个线程已经占用了读锁,则此时其他线程如果要申请写锁,则申请写锁的线程会一直等待释放读锁。

  如果有一个线程已经占用了写锁,则此时其他线程如果申请写锁或者读锁,则申请的线程会一直等待释放写锁。

  关于ReentrantReadWriteLock类中的其他方法感兴趣的朋友可以自行查阅API文档。

6.5 Lock和synchronized的选择

总结来说,Lock和synchronized有以下几点不同:   1)Lock是一个接口,而synchronized是Java中的关键字,synchronized是内置的语言实现;   2)synchronized在发生异常时,会自动释放线程占有的锁,因此不会导致死锁现象发生;而Lock在发生异常时,如果没有主动通过unLock()去释放锁,则很可能造成死锁现象,因此使用Lock时需要在finally块中释放锁;   3)Lock可以让等待锁的线程响应中断,而synchronized却不行,使用synchronized时,等待的线程会一直等待下去,不能够响应中断;   4)通过Lock可以知道有没有成功获取锁,而synchronized却无法办到。   5)Lock可以提高多个线程进行读操作的效率。   在性能上来说,如果竞争资源不激烈,两者的性能是差不多的,而当竞争资源非常激烈时(即有大量线程同时竞争),此时Lock的性能要远远优于synchronized。所以说,在具体使用时要根据适当情况选择。

7. 锁的相关概念介绍

在前面介绍了Lock的基本使用,这一节来介绍一下与锁相关的几个概念。

  7.1.可重入锁

  如果锁具备可重入性,则称作为可重入锁。像synchronized和ReentrantLock都是可重入锁,可重入性在我看来实际上表明了锁的分配机制:基于线程的分配,而不是基于方法调用的分配。举个简单的例子,当一个线程执行到某个synchronized方法时,比如说method1,而在method1中会调用另外一个synchronized方法method2,此时线程不必重新去申请锁,而是可以直接执行方法method2。

  看下面这段代码就明白了:

class MyClass {
    public synchronized void method1() {
        method2();
    }
     
    public synchronized void method2() {
         
    }
}

   上述代码中的两个方法method1和method2都用synchronized修饰了,假如某一时刻,线程A执行到了method1,此时线程A获取了这个对象的锁,而由于method2也是synchronized方法,假如synchronized不具备可重入性,此时线程A需要重新申请锁。但是这就会造成一个问题,因为线程A已经持有了该对象的锁,而又在申请获取该对象的锁,这样就会线程A一直等待永远不会获取到的锁。

  而由于synchronized和Lock都具备可重入性,所以不会发生上述现象。

  7.2.可中断锁

  可中断锁:顾名思义,就是可以相应中断的锁。

  在Java中,synchronized就不是可中断锁,而Lock是可中断锁。

  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,这种就是可中断锁。

  在前面演示lockInterruptibly()的用法时已经体现了Lock的可中断性。

  7.3.公平锁

  公平锁即尽量以请求锁的顺序来获取锁。比如同是有多个线程在等待一个锁,当这个锁被释放时,等待时间最久的线程(最先请求的线程)会获得该所,这种就是公平锁。

  非公平锁即无法保证锁的获取是按照请求锁的顺序进行的。这样就可能导致某个或者一些线程永远获取不到锁。

  在Java中,synchronized就是非公平锁,它无法保证等待的线程获取锁的顺序。

  而对于ReentrantLock和ReentrantReadWriteLock,它默认情况下是非公平锁,但是可以设置为公平锁。

  看一下这2个类的源代码就清楚了:

  /**
     * Creates an instance of {@code ReentrantLock} with the
     * given fairness policy.
     *
     * @param fair {@code true} if this lock should use a fair ordering policy
     */
    public ReentrantLock(boolean fair) {
        sync = fair ? new FairSync() : new NonfairSync();
    }

 /**
     * Sync object for non-fair locks
     */
    static final class NonfairSync extends Sync {
        private static final long serialVersionUID = 7316153563782823691L;

        /**
         * Performs lock.  Try immediate barge, backing up to normal
         * acquire on failure.
         */
        final void lock() {
            if (compareAndSetState(0, 1))
                setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread());
            else
                acquire(1);
        }

        protected final boolean tryAcquire(int acquires) {
            return nonfairTryAcquire(acquires);
        }
    }

    /**
     * Sync object for fair locks
     */
    static final class FairSync extends Sync {
        private static final long serialVersionUID = -3000897897090466540L;

        final void lock() {
            acquire(1);
        }

        /**
         * Fair version of tryAcquire.  Don't grant access unless
         * recursive call or no waiters or is first.
         */
        protected final boolean tryAcquire(int acquires) {
            final Thread current = Thread.currentThread();
            int c = getState();
            if (c == 0) {
                if (!hasQueuedPredecessors() &&
                    compareAndSetState(0, acquires)) {
                    setExclusiveOwnerThread(current);
                    return true;
                }
            }
            else if (current == getExclusiveOwnerThread()) {
                int nextc = c + acquires;
                if (nextc < 0)
                    throw new Error("Maximum lock count exceeded");
                setState(nextc);
                return true;
            }
            return false;
        }
    }

在ReentrantLock中定义了2个静态内部类,一个是NotFairSync,一个是FairSync,分别用来实现非公平锁和公平锁。

  我们可以在创建ReentrantLock对象时,通过以下方式来设置锁的公平性:ReentrantLock lock = new ReentrantLock(true);如果参数为true表示为公平锁,为fasle为非公平锁。默认情况下,如果使用无参构造器,则是非公平锁。

另外在ReentrantLock类中定义了很多方法,比如:

  isFair()        //判断锁是否是公平锁

  isLocked()    //判断锁是否被任何线程获取了

  isHeldByCurrentThread()   //判断锁是否被当前线程获取了

  hasQueuedThreads()   //判断是否有线程在等待该锁

  在ReentrantReadWriteLock中也有类似的方法,同样也可以设置为公平锁和非公平锁。不过要记住,ReentrantReadWriteLock并未实现Lock接口,它实现的是ReadWriteLock接口。

7.4.读写锁

  读写锁将对一个资源(比如文件)的访问分成了2个锁,一个读锁和一个写锁。

  正因为有了读写锁,才使得多个线程之间的读操作不会发生冲突。

  ReadWriteLock就是读写锁,它是一个接口,ReentrantReadWriteLock实现了这个接口。

  可以通过readLock()获取读锁,通过writeLock()获取写锁。

  上面已经演示过了读写锁的使用方法,在此不再赘述。

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