Java并发编程：同步锁、读写锁
之前我们说过线程安全问题可以用锁机制来解决，即线程必要要先获得锁，之后才能进行其他操作。其实在 Java 的 API 中有这样一些锁类可以提供给我们使用，与其他对象作为锁相比，它们具有更强大的功能。
Java 中的锁有两种，分别是：1）同步锁 2）读写锁
一、同步锁
同步锁（ReentrantLock）类似于 synchronize 代码块中传入的那个锁对象，可以用于进行线程同步。ReentrantLock.lock() 方法用于锁定对象，而 ReentrantLock.unlock 用于释放锁对象。
public class SynLockDemo {
static final ReentrantLock lock = new ReentrantLock(); //同步锁
public static void main(String args[]) {
//线程1
new Thread(){
public void run() {
lock.lock();
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " have the lock.");
try {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " sleep 3 Seconds.");
Thread.sleep(3000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
lock.unlock();
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " release the lock.");
}
}.start();
//线程2
new Thread(){
public void run() {
lock.lock();
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " have the lock.");
lock.unlock();
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " release the lock.");
}
}.start();
}
}
可以看到线程 1 即使休眠了 3 秒，线程 2 也还是会等到线程 1 执行完才会继续执行。
ReentrantLock 除了可以实现基本的线程同步阻塞之外，还可以配合 Condition 类使用，实现线程通信。我们可以用 Condition 来实现生产者 - 消费者问题：
public class Test {
private int queueSize = 10;
private PriorityQueue<Integer> queue = new PriorityQueue<Integer>(queueSize);
private Lock lock = new ReentrantLock();
private Condition notFull = lock.newCondition();
private Condition notEmpty = lock.newCondition();
public static void main(String[] args) {
Test test = new Test();
Producer producer = test.new Producer();
Consumer consumer = test.new Consumer();
producer.start();
consumer.start();
}
class Consumer extends Thread{
@Override
public void run() {
consume();
}
private void consume() {
while(true){
lock.lock();
try {
while(queue.size() == 0){
try {
System.out.println("队列空，等待数据");
notEmpty.await();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
queue.poll(); //每次移走队首元素
notFull.signal();
System.out.println("从队列取走一个元素，队列剩余"+queue.size()+"个元素");
} finally{
lock.unlock();
}
}
}
}
class Producer extends Thread{
@Override
public void run() {
produce();
}
private void produce() {
while(true){
lock.lock();
try {
while(queue.size() == queueSize){
try {
System.out.println("队列满，等待有空余空间");
notFull.await();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
queue.offer(1); //每次插入一个元素
notEmpty.signal();
System.out.println("向队列取中插入一个元素，队列剩余空间："+(queueSize-queue.size()));
} finally{
lock.unlock();
}
}
}
}
}
二、读写锁
ReentrantReadWriteLock 是 Java 中用于控制读写的一个类。lock.readLock 方法用于获取一个读锁，而 lock.writeLock 方法用于获取一个写锁。读锁允许多个线程进行读取数据操作，但不允许修改操作。而写锁则不允许其他线程进行读和写操作。
我们改写下上面的 Demo，将 ReentrantLock 换成 ReentrantReadWriteLock，并锁上读锁
public class ReadWriteLockDemo {
static final ReentrantReadWriteLock rwl = new ReentrantReadWriteLock(); //同步锁
public static void main(String args[]) {
//线程1
new Thread(){
public void run() {
// rwl.readLock().lock();
rwl.writeLock().lock();
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " have the lock.");
try {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " sleep 3 Seconds.");
Thread.sleep(3000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
rwl.writeLock().unlock();
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " release the lock.");
}
}.start();
//线程2
new Thread(){
public void run() {
rwl.writeLock().lock();
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " have the lock.");
rwl.writeLock().unlock();
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " release the lock.");
}
}.start();
}
}
运行结果：
Thread-0 have the lock. Thread-0 sleep 3 Seconds. Thread-1 have the lock. Thread-1 release the lock. Thread-0 release the lock.
从结果可以看出，线程0获取到锁并不会阻塞线程1获取锁，因此可以知道读锁其实是并发的。
如果我们把上面的 rwl.readLock() 换成 rwl.writeLock()，那么线程1就会等到线程0释放锁之后才会继续执行。
三、一个读写锁的例子
读写锁与一般的锁的不同之处就是它有两种锁，分别是读锁（ReadLock）和写锁（WriteLock）。当我们锁上读锁的时候，其他线程也可以读取对象的数据，但是不能修改。但当我们锁上写锁的时候，其他线程就无法进行读操作，也没办法进行写操作。这样就即保证了读取数据的高并发，又保证了线程的数据安全。下面我们来看一个例子：
package com.chanshuyi.class12;
import java.util.Random;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantReadWriteLock;
/**
* 读写锁实现读写互斥又不影响并发读取
* @author chenyr
* @time 2014-12-18 下午09:41:14
* All Rights Reserved.
*/
public class ReadWriteLock1 {
public static void main(String args[]){
final MyQueue queue = new MyQueue();
for(int i = 0; i < 3; i++){
new Thread(){
public void run(){
while(true){ //不断读取数据
queue.get();
}
}
}.start();
new Thread(){
public void run(){
while(true){ //不断写入数据
queue.put(new Random().nextInt(10000));
}
}
}.start();
}
}
}
class MyQueue{
private Object data = null; //共享数据
private ReentrantReadWriteLock rwl = new ReentrantReadWriteLock();
//写
public void put(Object obj){
rwl.writeLock().lock();
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " is ready to write !");
try{
Thread.sleep((long)(Math.random() * 1000)); //因为是不断写入，所以必须让线程休眠，避免CPU耗尽
}catch(Exception e){
e.printStackTrace();
}
this.data = obj;
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " has complte write :" + this.data);
rwl.writeLock().unlock();
try{
Thread.sleep(1000); //让写进程休眠长一点时间，否则会导致读取进程很久都无法读取数据。
}catch(Exception e){
e.printStackTrace();
}
}
//读
public void get(){
rwl.readLock().lock();
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " is ready to read !");
try{
Thread.sleep((long)(Math.random() * 1000)); //因为是不断读取，所以必须让线程休眠，避免CPU耗尽
}catch(Exception e){
e.printStackTrace();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "has read the value :" + this.data);
rwl.readLock().unlock();
}
}
在上面这个例子中，我们创建了3个读数据进程以及3个写数据进程，不断取出、写入MyQueue中的数据。在MyQueue调用读取数据get()方法时，锁上读锁，在调用写数据put()方法时，锁上写锁。下面是一部分的运行结果：
1 Thread-1 is ready to read ! 2 Thread-3 is ready to read ! 3 Thread-5 is ready to read ! 4 Thread-1has read the value :null 5 Thread-3has read the value :null 6 Thread-5has read the value :null 7 Thread-6 is ready to write ! 8 Thread-6 has complte write :4138 9 Thread-4 is ready to write ! 10 Thread-4 has complte write :6158 11 Thread-2 is ready to write ! 12 Thread-2 has complte write :3333 13 Thread-1 is ready to read ! 14 Thread-5 is ready to read ! 15 Thread-3 is ready to read ! 16 Thread-3has read the value :3333 17 Thread-3 is ready to read ! 18 Thread-5has read the value :3333 19 Thread-5 is ready to read ! 20 Thread-1has read the value :3333 21 Thread-1 is ready to read ! 22 Thread-3has read the value :3333 23 Thread-1has read the value :3333 24 Thread-5has read the value :3333 25 Thread-6 is ready to write ! 26 Thread-6 has complte write :6568 27 Thread-4 is ready to write ! 28 Thread-4 has complte write :4189 29 Thread-3 is ready to read ! 30 Thread-1 is ready to read ! 31 Thread-3has read the value :4189 32 Thread-1has read the value :4189
从上面的运行结果我们可以看到：1-3行，13-15行出现了多个线程同时读取数据的情况。
观察输出结果，可以发现在写入数据的时候（如 7 - 12 行），即使有多次连续写入数据，但是都是等待一个线程写入结束后，另一个线程才开始写入数据的，没有出现同时多个线程写入的情况。这就说明写锁不允许多个线程同时写，也不允许读。
这就是读写锁的一个非常重要的应用，比起synchronized或lock锁，它允许多个线程同时读，但是同时有保证了写数据的时候不会有多个线程同时操作。也就是保证了程序读取的并发性能，又保证了线程的数据安全。
