2021.05.07 多线程之可重入锁

在目前web的开发大环境下，高并发，高可用的应用场景越来越普遍，对我们的要求也越来越要求越高了，为了应对这样超高的要求（比如多线程环境下的数据共享问题），我们必须掌握很多常用的技术方案，比如锁（Lock）（就是在某个方法或资源上加锁，却保同一时间段内只有我们可以访问该资源），这样才能写出更可靠的应用程序，今天我们就一起来看下一个很常用的锁——可重入锁（ReentrantLock）。

在开始今天的内容之前，我们先考虑这样一个场景：我们有一个审核业务，同一级的审核人员有两个，但是业务只能审核一次，不能重复审核。

如上图，如果整个审核方法不加锁的情况下，很可能发生同一笔数据审核两次的情况。因为审核过程会涉及多个步骤，假如第一个人员在查询未审核数据后，进行业务审核（处在第三步），但是尚未提交审核结果，这时候第二个人进来，也是查了未审核数据（第二步），由于第一个人员未提交审核结果，这时候数据依然是未审核，然后第二个人开始审核，这时候第一个人提交了审核结果，然后紧接着第二个人提交审核结果。最后，审核结果就会变成两条。

接下来，我们讲的内容，就是为了解决这样的额应用场景。

一个不加锁的案例

在开始可重入锁的介绍之前，我们先看一个和上面类似的例子，算是简化版：

public class Example {
    private static int i;
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        ThreadPoolExecutor executor = new ThreadPoolExecutor(5, 10, 1, TimeUnit.MICROSECONDS, new ArrayBlockingQueue<Runnable>(100));
        for (int j = 0; j < 1000; j++) {
            Thread.sleep(10L);
            final int finalJ = j;
            executor.submit(() -> test(finalJ));
        }
        executor.shutdown();
    }

    public static void test(int j) {
        System.out.println("==第" + j + "次调用==start");
        i ++;
        Thread.sleep(20L);
        i ++;
        System.out.println(i);
        System.out.println("==第" + j + "次调用==end");
    }

}

上面这段代码其实就是模拟多线程共享数据(就是这里的i)，并对数据进行操作的一个示例，运行结果可以很直观的说明，不加锁的情况下，在一个线程未执行完方法之前，另一个方法也会进入方法执行。按照我们代码的逻辑，应该是先打印start，然后打印i的值，然后再打印end，但是实际情况却并发如此，往往可能是这样的：

上面的运行结果很直观的说明，在第1995次未正常运行结束时，第1996次已经开始了，同样在第1996次未运行完的时候，第1998次都开始了。而且不论你运行多少次，上面的结果都大同小异。

这时候，如果我们将代码调整一下，加上锁，看下会发生什么：

public class Example {
    // 可重入锁
    private static final ReentrantLock mainLock = new ReentrantLock();
    private static int i;
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        ThreadPoolExecutor executor = new ThreadPoolExecutor(5, 10, 1, TimeUnit.MICROSECONDS, new ArrayBlockingQueue<Runnable>(100));
        for (int j = 0; j < 1000; j++) {
            Thread.sleep(10L);
            final int finalJ = j;
            executor.submit(() -> testLock(finalJ));
        }
        executor.shutdown();
    }

    public static void testLock(int j) {
        final ReentrantLock reentrantLock = mainLock;
        // 如果被其它线程占用锁，会阻塞在此等待锁释放
        reentrantLock.lock();
        try {
            System.out.println("==第" + j + "次调用==start");
            i ++;
            Thread.sleep(20L);
            i ++;
            System.out.println(i);
            System.out.println("==第" + j + "次调用==end");
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            // 执行完之后必须释放锁
            reentrantLock.unlock();
        }
    }

}

然后我们运行一下：

这时候，你会发现，无论你运行多少次，都是像上面这样规整，也和我们的代码逻辑是一致的，这其实就是加锁的作用，目的就是为了控制资源的访问秩序。

当然，上面的代码其实还是存在问题的，因为在循环中使用线程池本身就是不合理的，当单个线程执行时间较长，for中启动前程前的业务响应比较快的时候（就是这里的Thread.sleep(10L);），所有的压力都会到线程池上，会把线程池的资源耗尽，然后报如下错误：

这时候解决方法有两个，一个就是人为增加线程启动前的业务处理时间，这里就是增加睡眠时间，比如调整到Thread.sleep(20L);；另一个是提高线程中的业务处理效率，只要比前面的业务处理快就行，但是在实际业务中，这个是不可能的；最好的解决方法是重构业务逻辑，想办法把for循环放进线程里面，我之前修复的异步线程问题就用的是这个方法。好了，下面开始理论方面的学习。

什么是可重入锁

可重入锁，顾名思义就是可以重复加锁的一种锁，它是指，线程可对同一把锁进行重复加锁，而不会被阻塞住，这样可避免死锁的产生。

加锁的方式

它的加锁方式有三种，分别是lock、trylock和trylock(long，TimeUnit)。上面我们枷锁的方法只是其中一种，也是最简单的。

可以看到ReentrantLock的使用方式比较简单，创建出一个ReentrantLock对象，通过lock()方法进行加锁，使用unlock()方法进行释放锁操作。

使用lock来获取锁的话，如果锁被其他线程持有，那么就会处于等待状态。同时，需要我们去主动的调用``unlock`方法去释放锁，即使发生异常，它也不会主动释放锁，需要我们显式的释放。

使用trylock方法获取锁，是有返回值的，获取成功返回true，获取失败返回false，不会一直处于等待状态。

使用trylock(long，TimeUnit)指定时间参数来获取锁，在等待时间内获取到锁返回true，超时返回false。还可以调用lockInterruptibly方法去中断锁，如果线程正在等待获取锁，可以中断线程的等待状态。

总结

关于锁这一块，其实内容比较多，涉及的知识也比较杂，不仅包括java的synchronized、原子类、锁等这些线程安全的知识，还包括数据的行级锁、表级锁等内容，如果是分布式应用，还需要考虑分布式锁的实现，这里面还涉及了redis的知识，想要完全掌握还是难度很大的，但是随着我们一点点的学习和应用，你慢慢会掌握很多常用的技术和解决方案，你会更清楚各种锁和技术的应用场景，你会涉及出更优秀的高并发高可用的系统，为了实现这个目标，让我们一起学习，一起遇见更好的自己，加油吧！

项目路径：

https://github.com/Syske/example-everyday

本项目会每日更新，让我们一起学习，一起进步，遇见更好的自己，加油呀