Java中关于Lock的理解
学过java的人都知道,在并发编程中,我们可以通过使用关键字synchronized来实现同步访问(不知道的站墙角反省去)。从Java 5之后,在java.util.concurrent.locks包下提供了另外一种方式来实现同步访问,那就是Lock。有那么问题来了,既然都可以通过synchronized来实现同步访问了,那么为什么还需要提供Lock?既然这两种同步机制有什么区别呢?
以下是本文目录大纲:
一.synchronized的缺陷
二.java.util.concurrent.locks包下常用的类
一.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?
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:
1)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;
2)线程执行发生异常,此时JVM会让线程自动释放锁。
关于synchronized同步机制,考虑一下下面这两种情况:
- 某个已经获得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,其他想要获取锁的线程便只能一直阻塞,直到获得锁的线程释放锁了才能进入到同步代码块。
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。
- 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。如果多个线程都只是进行读操作,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:
1)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是一个接口,通过这个接口的实现类可以实现同步访问;
2)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。
二.java.util.concurrent.locks包下常用的类
1.Lock接口
1 public interface Lock { 2 void lock(); 3 void lockInterruptibly() throws InterruptedException; 4 boolean tryLock(); 5 boolean tryLock(long time, TimeUnit unit) throws InterruptedException; 6 void unlock(); 7 Condition newCondition(); 8 }
通过代码我们知道,Lock是一个接口,里面定义了获取锁,释放锁等相关的抽象方法。下面来逐个讲述Lock接口中每个方法的使用:
lock()、tryLock()、tryLock(long time, TimeUnit unit)和lockInterruptibly()是用来获取锁的,他们有什么区别呢?
- lock()方法是用来获取锁的,是我们平时使用最多的一个方法,如果锁已被其他线程获取,则进行等待。我们之前说过了,使用lock获取锁的时候,必须手动释放锁,并且在发生异常的时候,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。一般按照下面的方式使用:
1 Lock lock = ...; //声明锁 2 lock.lock(); //获得锁 3 try{ 4 //处理任务 5 }catch(Exception ex){ 6 7 }finally{ 8 lock.unlock(); //释放锁 9 }
2.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那等待。
3.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。
一般按照下面的方式使用:
1 Lock lock = ...; 2 if(lock.tryLock()) { 3 try{ 4 //处理任务 5 }catch(Exception ex){ 6 7 }finally{ 8 lock.unlock(); //释放锁 9 } 10 }else { 11 //如果不能获取锁,则直接做其他事情 12 }
4.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,则这个线程能够响应中断,即中断线程的等待状态。也就使说,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。
一般按照下面的方式使用:
1 public void method() throws InterruptedException { 2 lock.lockInterruptibly(); 3 try { 4 //..... 5 } 6 finally { 7 lock.unlock(); 8 } 9 }
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。
2.ReentrantLock可重入锁
何为可重入锁?
当一个线程获得了当前实例的锁,并进入方法A,这个线程在没有释放这把锁的时候,可以再次进入方法A。
ReentrantLock是唯一实现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。
1 public class Test { 2 private ArrayList<Integer> arrayList = new ArrayList<Integer>(); 3 private Lock lock = new ReentrantLock(); //注意这个地方 4 public static void main(String[] args) { 5 final Test test = new Test(); 6 7 new Thread(){ 8 public void run() { 9 test.insert(Thread.currentThread()); 10 }; 11 }.start(); 12 13 new Thread(){ 14 public void run() { 15 test.insert(Thread.currentThread()); 16 }; 17 }.start(); 18 } 19 20 public void insert(Thread thread) { 21 lock.lock(); 22 try { 23 System.out.println(thread.getName()+"得到了锁"); 24 for(int i=0;i<5;i++) { 25 arrayList.add(i); 26 } 27 } catch (Exception e) { 28 // TODO: handle exception 29 }finally { 30 System.out.println(thread.getName()+"释放了锁"); 31 lock.unlock(); 32 } 33 } 34 }
2. ReadWriteLock读写锁接口
ReadWriteLock也是一个接口,在它里面只定义了两个方法:
1 public interface ReadWriteLock { 2 3 Lock readLock(); 4 5 Lock writeLock(); 6 }
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。
3.ReentrantReadWriteLock读写锁实现类
1 public class Test { 2 private ReentrantReadWriteLock rwl = new ReentrantReadWriteLock(); 3 4 public static void main(String[] args) { 5 final Test test = new Test(); 6 7 new Thread(){ 8 public void run() { 9 test.get(Thread.currentThread()); 10 }; 11 }.start(); 12 13 new Thread(){ 14 public void run() { 15 test.get(Thread.currentThread()); 16 }; 17 }.start(); 18 19 } 20 21 public void get(Thread thread) { 22 rwl.readLock().lock(); 23 try { 24 long start = System.currentTimeMillis(); 25 26 while(System.currentTimeMillis() - start <= 1) { 27 System.out.println(thread.getName()+"正在进行读操作"); 28 } 29 System.out.println(thread.getName()+"读操作完毕"); 30 } finally { 31 rwl.readLock().unlock(); 32 } 33 } 34 }
注意: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。
4.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。