1 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?
在上面一篇文章中,我们了解到如果一个代码块被 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:
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。
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:
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 是一个类,通过这个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。
2 java.util.concurrent.locks 包下常用的类
2.1 Lock
首先要说明的就是Lock,通过查看Lock的源码可知,Lock是一个接口:
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
- unLock()方法是用来释放锁的
-
newCondition()这个方法暂且不在此讲述,会在后面的线程协作一文中讲述。
在Lock中声明了四个方法来获取锁,那么这四个方法有何区别呢?
首先lock()方法是平常使用得最多的一个方法,就是用来获取锁。如果锁已被其他线程获取,则进行等待。
由于在前面讲到如果采用Lock,必须主动去释放锁,并且在发生异常时,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:
Lock lock = ...;
lock.lock();
try{
//处理任务
}catch(Exception ex){
}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。
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,一般情况下通过tryLock来获取锁时是这样使用的:
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。
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。
2.2 ReentrantLock
ReentrantLock,意思是“可重入锁”,关于可重入锁的概念在下一节讲述。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【非正确】使用方法
package com.concurrent_programming;
import java.util.ArrayList;
import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
public class LockTest_1 {
private ArrayList arrayList = new ArrayList();
public static void main(String[] args) {
final LockTest_1 test = new LockTest_1();
new Thread(){
public void run() {
test.insert(Thread.currentThread());
}
}.start();
new Thread(){
public void run() {
test.insert(Thread.currentThread());
}
}.start();
}
public 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
也许有朋友会问,怎么会输出这个结果?第二个线程怎么会在第一个线程释放锁之前得到了锁?原因在于,在insert方法中的lock变量是局部变量,每个线程执行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,所以就不会发生冲突。
知道了原因改起来就比较容易了,只需要将 lock 声明为类的属性即可。
这样就是正确地使用Lock的方法了。
例子2,tryLock()的使用方法
package com.concurrent_programming;
import java.util.ArrayList;
import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
public class TryLockTest {
private ArrayList arrayList = new ArrayList();
private Lock lock = new ReentrantLock(); //注意这个地方
public static void main(String[] args) {
final TryLockTest test = new TryLockTest();
new Thread(){
public void run() {
test.insert(Thread.currentThread());
};
}.start();
new Thread(){
public void run() {
test.insert(Thread.currentThread());
};
}.start();
}
public void insert(Thread thread) {
if(lock.tryLock()) {
try {
System.out.println(thread.getName()+"得到了锁");
for(int i=0;i
例子3,lockInterruptibly()响应中断的使用方法:
package com.concurrent_programming;
import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
public class IockInterruptiblyTest {
private Lock lock = new ReentrantLock();
public static void main(String[] args) {
IockInterruptiblyTest test = new IockInterruptiblyTest();
MyThread_1 thread1 = new MyThread_1(test);
MyThread_1 thread2 = new MyThread_1(test);
thread1.start();
thread2.start();
try {
Thread.sleep(2000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
thread2.interrupt();
}
public 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 startTime = System.currentTimeMillis();
for( ; ;) {
if(System.currentTimeMillis() - startTime >= 20000)
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");
}
}
}
class MyThread_1 extends Thread {
private IockInterruptiblyTest test = null;
public MyThread_1(IockInterruptiblyTest test) {
this.test = test;
}
@Override
public void run() {
try {
test.insert(Thread.currentThread());
} catch (InterruptedException e) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"被中断");
}
}
}
运行之后,发现thread2能够被正确中断。
2.3 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。
2.4 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:
package com.concurrent_programming;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantReadWriteLock;
public class ReentrantReadWriteLockTest_1 {
private ReentrantReadWriteLock rwl = new ReentrantReadWriteLock();
public static void main(String[] args) {
final ReentrantReadWriteLockTest_1 test = new ReentrantReadWriteLockTest_1();
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
这段程序的输出结果会是,直到thread1执行完读操作之后,才会打印thread2执行读操作的信息。
而改成用读写锁的话:
package com.concurrent_programming;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantReadWriteLock;
public class ReentrantReadWriteLockTest_2 {
private ReentrantReadWriteLock rwl = new ReentrantReadWriteLock();
public static void main(String[] args) {
final ReentrantReadWriteLockTest_2 test = new ReentrantReadWriteLockTest_2();
new Thread(){
public void run() {
test.get(Thread.currentThread());
}
}.start();
new Thread(){
public void run() {
test.get(Thread.currentThread());
}
}.start();
}
public void get(Thread thread) {
rwl.readLock().lock();
try {
long start = System.currentTimeMillis();
while(System.currentTimeMillis() - start
说明thread1和thread2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。
2.5 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。
3 锁的相关概念介绍
3.1 可重入锁 ReentrantLock
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。
3.2 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。
3.3 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。
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);
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。
3.4 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。
4 参考资料
1、《Java编程思想》
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