201709020工作日记--synchronized、ReentrantLock、读写锁
1.reentrantLock
java.util.concurrent.lock 中的Lock 框架是锁定的一个抽象,它允许把锁定的实现作为 Java 类,而不是作为语言的特性来实现。这就为Lock 的多种实现留下了空间,各种实现可能有不同的调度算法、性能特性或者锁定语义。 ReentrantLock 类实现了Lock ,它拥有与synchronized 相同的并发性和内存语义,但是添加了类似锁投票、定时锁等候和可中断锁等候的一些特性。此外,它还提供了在激烈争用情况下更佳的性能。(换句话说,当许多线程都想访问共享资源时,JVM 可以花更少的时候来调度线程,把更多时间用在执行线程上。)
需要注意的是,用sychronized修饰的方法或者语句块在代码执行完之后锁自动释放,而是用Lock需要我们手动释放锁,所以为了保证锁最终被释放(发生异常情况),要把互斥区放在try内,释放锁放在finally内!!
2.读写锁
例如一个类对其内部共享数据data提供了get()和set()方法,如果用synchronized,则代码如下
class syncData { private int data;// 共享数据 public synchronized void set(int data) { System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "准备写入数据"); try { Thread.sleep(20); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } this.data = data; System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "写入" + this.data); } public synchronized void get() { System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "准备读取数据"); try { Thread.sleep(20); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "读取" + this.data); } }
然后写个测试类来用多个线程分别读写这个共享数据
public static void main(String[] args) { final syncData data = new syncData(); //写入 for (int i = 0; i < 3; i++) { Thread t = new Thread(new Runnable() { @Override public void run() { for (int j = 0; j < 5; j++) { data.set(new Random().nextInt(30)); } } }); t.setName("Thread-W" + i); t.start(); } //读取 for (int i = 0; i < 3; i++) { Thread t = new Thread(new Runnable() { @Override public void run() { for (int j = 0; j < 5; j++) { data.get(); } } }); t.setName("Thread-R" + i); t.start(); } }
运行结果:
Thread-W0准备写入数据
Thread-W0写入0
Thread-W0准备写入数据
Thread-W0写入1
Thread-R1准备读取数据
Thread-R1读取1
Thread-R1准备读取数据
Thread-R1读取1
Thread-R1准备读取数据
Thread-R1读取1
Thread-R2准备读取数据//R1和R2可以同时读取,不应该互斥
Thread-R2读取1
Thread-R2准备读取数据
Thread-R0准备读取数据 //R0和R2可以同时读取,不应该互斥!
Thread-R0读取1
Thread-R0准备读取数据
Thread-R0读取1
Thread-R0准备读取数据
Thread-R0读取1
最大的问题在于读取同一个元素时候,有互斥现象,而读取元素互斥将会影响访问效率。对!读取线程不应该互斥!
我们可以用读写锁ReadWriteLock实现:
class Data { private int data;// 共享数据 private ReadWriteLock rwl = new ReentrantReadWriteLock(); public void set(int data) { rwl.writeLock().lock();// 取到写锁 try { System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "准备写入数据"); try { Thread.sleep(20); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } this.data = data; System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "写入" + this.data); } finally { rwl.writeLock().unlock();// 释放写锁 } } public void get() { rwl.readLock().lock();// 取到读锁 try { System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "准备读取数据"); try { Thread.sleep(20); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "读取" + this.data); } finally { rwl.readLock().unlock();// 释放读锁 } } }
测试结果:
Thread-W1准备写入数据 Thread-W1写入9 Thread-W1准备写入数据 Thread-W1写入24 Thread-W1准备写入数据 Thread-W1写入12 Thread-W0准备写入数据 Thread-W0写入22 Thread-W0准备写入数据 Thread-W0写入15 Thread-W2准备写入数据 Thread-W2写入23 Thread-W2准备写入数据 Thread-W2写入24 Thread-W2准备写入数据 Thread-W2写入24 Thread-R2准备读取数据 Thread-R1准备读取数据 Thread-R0准备读取数据 Thread-R0读取11 Thread-R1读取11 Thread-R2读取11 Thread-R0准备读取数据 Thread-R2准备读取数据 Thread-R1准备读取数据 Thread-R2读取1 Thread-R2准备读取数据 Thread-R1读取1 Thread-R0读取1
与互斥锁定相比,读-写锁定允许对共享数据进行更高级别的并发访问。虽然一次只有一个线程(writer 线程)可以修改共享数据,但在许多情况下,任何数量的线程可以同时读取共享数据(reader 线程)
从理论上讲,与互斥锁定相比,使用读-写锁定所允许的并发性增强将带来更大的性能提高。
在实践中,只有在多处理器上并且只在访问模式适用于共享数据时,才能完全实现并发性增强。——例如,某个最初用数据填充并且之后不经常对其进行修改的 collection,因为经常对其进行搜索(比如搜索某种目录),所以这样的 collection 是使用读-写锁定的理想候选者。
3.线程间通信
Condition可以替代传统的线程间通信,用await()替换wait(),用signal()替换notify(),用signalAll()替换notifyAll()——为什么方法名不直接叫wait()/notify()/nofityAll()?因为Object的这几个方法是final的,不可重写!Condition是被绑定到Lock上的,要创建一个Lock的Condition必须用newCondition()方法。
Condition的强大之处在于它可以为多个线程间建立不同的Condition
看JDK文档中的一个例子:假定有一个绑定的缓冲区,它支持 put 和 take 方法。如果试图在空的缓冲区上执行 take 操作,则在某一个项变得可用之前,线程将一直阻塞;如果试图在满的缓冲区上执行 put 操作,则在有空间变得可用之前,线程将一直阻塞。我们喜欢在单独的等待 set 中保存put 线程和take 线程,这样就可以在缓冲区中的项或空间变得可用时利用最佳规划,一次只通知一个线程。可以使用两个Condition 实例来做到这一点。 ——其实就是java.util.concurrent.ArrayBlockingQueue的功能
下面依然是那个老的例子:
class BoundedBuffer { final Lock lock = new ReentrantLock(); //锁对象 final Condition notFull = lock.newCondition(); //写线程锁 final Condition notEmpty = lock.newCondition(); //读线程锁 final Object[] items = new Object[100];//缓存队列 int putptr; //写索引 int takeptr; //读索引 int count; //队列中数据数目 //写 public void put(Object x) throws InterruptedException { lock.lock(); //锁定 try { // 如果队列满,则阻塞<写线程> while (count == items.length) { notFull.await(); } // 写入队列,并更新写索引 items[putptr] = x; if (++putptr == items.length) putptr = 0; ++count; // 唤醒<读线程> notEmpty.signal(); } finally { lock.unlock();//解除锁定 } } //读 public Object take() throws InterruptedException { lock.lock(); //锁定 try { // 如果队列空,则阻塞<读线程> while (count == 0) { notEmpty.await(); } //读取队列,并更新读索引 Object x = items[takeptr]; if (++takeptr == items.length) takeptr = 0; --count; // 唤醒<写线程> notFull.signal(); return x; } finally { lock.unlock();//解除锁定 } }
优点:
假设缓存队列中已经存满,那么阻塞的肯定是写线程,唤醒的肯定是读线程,相反,阻塞的肯定是读线程,唤醒的肯定是写线程。
那么假设只有一个Condition会有什么效果呢?缓存队列中已经存满,这个Lock不知道唤醒的是读线程还是写线程了,如果唤醒的是读线程,皆大欢喜,如果唤醒的是写线程,那么线程刚被唤醒,又被阻塞了,这时又去唤醒,这样就浪费了很多时间。