執行緒基礎知識14 ReentrantLock和ReentrantReadWriteLock
阿新 • • 發佈：2022-04-22
1 簡介
ReentrantLock和ReentrantReadWriteLock都是可重入鎖。可重入鎖，顧名思義，就是支援重進入的鎖，它表示該鎖能夠支援一個執行緒對資源的重複加鎖
ReentrantLock和ReentrantReadWriteLock都支援獲取鎖時的公平和非公平性選擇。預設是非公平的
ReentrantLock讀讀、讀寫、寫寫全部互斥。ReentrantReadWriteLock讀讀共享，讀寫互斥，寫寫互斥，且支援鎖降級
ReentrantReadWriteLock由於讀讀共享，且支援鎖降級，所及效率會高一些。由於它讀寫不共享，所以在讀寫高併發操作時，可能導致寫的操作鎖飢餓。
| 是否可重入 | 公平性選擇 | 讀讀 | 讀寫 | 寫寫 | 鎖降級 | |
| ReentrantLock | 是 | 是 | 互斥 | 互斥 | 互斥 | 不支援 |
| ReentrantReadWriteLock | 是 | 是 | 共享 | 互斥 | 互斥 | 支援 |
2 ReentrantLock示例
public class ReentrantLockTest1 {
static ReentrantLock lo = new ReentrantLock();
//讀讀共享 讀寫互斥 寫寫互斥
public static void main(String[] args) {
執行結果，只有執行完一個操作，才能夠執行另一個操作，所有操作互斥
要進行讀操作的執行緒0開始操作-----------
要進行讀操作的執行緒0結束操作-----------
要進行讀操作的執行緒1開始操作-----------
要進行讀操作的執行緒1結束操作-----------
要進行讀操作的執行緒2開始操作-----------
要進行讀操作的執行緒2結束操作-----------
要進行讀操作的執行緒3開始操作-----------
要進行讀操作的執行緒3結束操作-----------
要進行讀操作的執行緒4開始操作-----------
要進行讀操作的執行緒4結束操作-----------
要進行寫操作的執行緒執行緒0開始操作-----------
要進行寫操作的執行緒執行緒0結束操作-----------
要進行寫操作的執行緒執行緒1開始操作-----------
要進行寫操作的執行緒執行緒1結束操作-----------
要進行寫操作的執行緒執行緒2開始操作-----------
要進行寫操作的執行緒執行緒2結束操作-----------
要進行寫操作的執行緒執行緒3開始操作-----------
要進行寫操作的執行緒執行緒3結束操作-----------
要進行寫操作的執行緒執行緒4開始操作-----------
要進行寫操作的執行緒執行緒4結束操作-----------
Process finished with exit code 0
3 ReentrantReadWriteLock 示例
ReentrantReadWriteLock分為：
讀鎖-ReentrantReadWriteLock.ReadLock
寫鎖-ReentrantReadWriteLock.WriteLock
3.1 示例1
下面示例演示出了：讀讀不互斥，讀寫互斥，寫寫互斥
public class ReentrantLockTest2 {
static ReentrantReadWriteLock lo = new ReentrantReadWriteLock();
static ReentrantReadWriteLock.ReadLock readLock = lo.readLock();
static ReentrantReadWriteLock.WriteLock writeLock = lo.writeLock();
public static void main(String[] args) {
for (int i = 0;i < 10;i++) {
new Thread(() -> read(), "read執行緒" + i).start();
}
for (int i = 0;i < 10;i++) {
new Thread(() -> write(), "write執行緒" + i).start();
}
}
private static void read() {
readLock.lock();
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "開始讀-----------");
try { Thread.sleep(100); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); }
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "結束讀-----------");
readLock.unlock();
}
private static void write() {
writeLock.lock();
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "開始寫-----------");
try { Thread.sleep(300); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); }
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "結束寫-----------");
writeLock.unlock();
}
}
執行結果，發現多個讀操作可以同時進行，讀寫操作互斥，讀讀也互斥
read執行緒0開始讀-----------
read執行緒4開始讀-----------
read執行緒3開始讀-----------
read執行緒1開始讀-----------
read執行緒2開始讀-----------
read執行緒0結束讀-----------
read執行緒3結束讀-----------
read執行緒4結束讀-----------
read執行緒1結束讀-----------
read執行緒2結束讀-----------
write執行緒0開始寫-----------
write執行緒0結束寫-----------
write執行緒1開始寫-----------
write執行緒1結束寫-----------
write執行緒2開始寫-----------
write執行緒2結束寫-----------
write執行緒3開始寫-----------
write執行緒3結束寫-----------
write執行緒4開始寫-----------
write執行緒4結束寫-----------
Process finished with exit code 0
3.2 示例2
這個示例是為了進一步演示讀寫互斥，和示例2相比，這裡for迴圈先呼叫寫，再呼叫的讀，發現讀寫，還是互斥
public class ReentrantLockTest3 {
static ReentrantReadWriteLock lo = new ReentrantReadWriteLock();
static ReentrantReadWriteLock.ReadLock readLock = lo.readLock();
static ReentrantReadWriteLock.WriteLock writeLock = lo.writeLock();
public static void main(String[] args) {
for (int i = 0;i < 5;i++) {
new Thread(() -> write(), "write執行緒" + i).start();
}
for (int i = 0;i < 5;i++) {
new Thread(() -> read(), "read執行緒" + i).start();
}
}
private static void read() {
readLock.lock();
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "開始讀-----------");
try { Thread.sleep(100); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); }
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "結束讀-----------");
readLock.unlock();
}
private static void write() {
writeLock.lock();
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "開始寫-----------");
try { Thread.sleep(300); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); }
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "結束寫-----------");
writeLock.unlock();
}
}
執行結果
write執行緒0開始寫-----------
write執行緒0結束寫-----------
write執行緒1開始寫-----------
write執行緒1結束寫-----------
write執行緒2開始寫-----------
write執行緒2結束寫-----------
write執行緒3開始寫-----------
write執行緒3結束寫-----------
write執行緒4開始寫-----------
write執行緒4結束寫-----------
read執行緒0開始讀-----------
read執行緒1開始讀-----------
read執行緒2開始讀-----------
read執行緒4開始讀-----------
read執行緒3開始讀-----------
read執行緒4結束讀-----------
read執行緒1結束讀-----------
read執行緒2結束讀-----------
read執行緒0結束讀-----------
read執行緒3結束讀-----------
Process finished with exit code 0
4 ReentrantReadWriteLock鎖降級
簡單來說，就是一個執行緒再持有寫鎖，且還未釋放的時候，可以去獲取讀鎖，這樣子，該執行緒就可以同時持有讀寫鎖。
多個執行緒操作一個變數a，使用ReentrantReadWriteLock執行緒1對a進行修改，值為100，它想要保證100這個值被其它所有的執行緒獲取到，該怎麼做？
那麼我們要去寫的時候，先去獲取寫鎖(此時其它執行緒不能讀寫)，寫完了，再獲取讀鎖(此時其它執行緒不能讀寫)，此時同時持有讀寫鎖，然後釋放讀鎖,只持有寫鎖((此時其它執行緒不能寫,但是可以讀))，這個從讀寫變為寫鎖的過程，就叫做鎖降級。在持有讀鎖變為持有寫鎖的過程中，其它執行緒都不能寫，保證我寫的資料能夠被其它執行緒看到。如果不能同時持有讀寫鎖那麼就只能這麼操作，獲取寫鎖-寫-釋放寫鎖-獲取讀鎖-其它執行緒讀-釋放讀鎖，在釋放寫鎖和獲取讀鎖之間就會存在空隙，有可能被其它執行緒進行寫操作，導致它寫的結果不能被其他執行緒獲取。
所以，鎖降級解決的就是即寫即讀的問題
5 鎖降級示例
5.1 示例1
在釋放讀鎖後，釋放寫鎖前，其它執行緒可讀，且中間其它執行緒都不可寫
public class ReentrantLockTest5 {
static ReentrantReadWriteLock lo = new ReentrantReadWriteLock();
static ReentrantReadWriteLock.ReadLock readLock = lo.readLock();
static ReentrantReadWriteLock.WriteLock writeLock = lo.writeLock();
public static void main(String[] args) {
for (int i = 0;i < 10;i++) {
new Thread(() -> write(), "write執行緒" + i).start();
}
for (int i = 0;i < 10;i++) {
new Thread(() -> read(), "read執行緒" + i).start();
}
}
private static void read() {
readLock.lock();
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "開始讀-----------");
try { Thread.sleep(100); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); }
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "結束讀-----------");
readLock.unlock();
}
private static void write() {
writeLock.lock();
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "開始寫-----------");
try { Thread.sleep(300); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); }
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "結束寫結束寫-----------");
readLock.lock(); //鎖降級 同時持有寫鎖和讀鎖
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "鎖降級-----------");
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "釋放寫鎖-----------");
writeLock.unlock(); //釋放寫鎖，只持有讀鎖，此時其它執行緒可讀
try { Thread.sleep(1000); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } //此時，它只擁有讀鎖
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "釋放讀鎖-----------");
readLock.unlock(); //
}
}
執行結果，可以看到write8在釋放了寫鎖後釋放讀鎖前，其它執行緒進來讀了
write執行緒1開始寫-----------
write執行緒1結束寫結束寫-----------
write執行緒1鎖降級-----------
write執行緒1釋放寫鎖-----------
write執行緒1釋放讀鎖-----------
write執行緒0開始寫-----------
write執行緒0結束寫結束寫-----------
write執行緒0鎖降級-----------
write執行緒0釋放寫鎖-----------
write執行緒0釋放讀鎖-----------
write執行緒2開始寫-----------
write執行緒2結束寫結束寫-----------
write執行緒2鎖降級-----------
write執行緒2釋放寫鎖-----------
write執行緒2釋放讀鎖-----------
write執行緒3開始寫-----------
write執行緒3結束寫結束寫-----------
write執行緒3鎖降級-----------
write執行緒3釋放寫鎖-----------
write執行緒3釋放讀鎖-----------
write執行緒4開始寫-----------
write執行緒4結束寫結束寫-----------
write執行緒4鎖降級-----------
write執行緒4釋放寫鎖-----------
write執行緒4釋放讀鎖-----------
write執行緒5開始寫-----------
write執行緒5結束寫結束寫-----------
write執行緒5鎖降級-----------
write執行緒5釋放寫鎖-----------
write執行緒5釋放讀鎖-----------
write執行緒7開始寫-----------
write執行緒7結束寫結束寫-----------
write執行緒7鎖降級-----------
write執行緒7釋放寫鎖-----------
write執行緒7釋放讀鎖-----------
write執行緒6開始寫-----------
write執行緒6結束寫結束寫-----------
write執行緒6鎖降級-----------
write執行緒6釋放寫鎖-----------
read執行緒1開始讀-----------
read執行緒1結束讀-----------
write執行緒6釋放讀鎖-----------
write執行緒9開始寫-----------
write執行緒9結束寫結束寫-----------
write執行緒9鎖降級-----------
write執行緒9釋放寫鎖-----------
read執行緒0開始讀-----------
read執行緒0結束讀-----------
write執行緒9釋放讀鎖-----------
write執行緒8開始寫-----------
write執行緒8結束寫結束寫-----------
write執行緒8鎖降級-----------
write執行緒8釋放寫鎖-----------
read執行緒7開始讀-----------
read執行緒3開始讀-----------
read執行緒5開始讀-----------
read執行緒4開始讀-----------
read執行緒8開始讀-----------
read執行緒9開始讀-----------
read執行緒2開始讀-----------
read執行緒6開始讀-----------
read執行緒9結束讀-----------
read執行緒7結束讀-----------
read執行緒3結束讀-----------
read執行緒4結束讀-----------
read執行緒6結束讀-----------
read執行緒2結束讀-----------
read執行緒8結束讀-----------
read執行緒5結束讀-----------
write執行緒8釋放讀鎖-----------
Process finished with exit code 0
5.2 示例2
在釋放讀鎖前其它執行緒不可讀寫
public class ReentrantLockTest4 {
static ReentrantReadWriteLock lo = new ReentrantReadWriteLock();
static ReentrantReadWriteLock.ReadLock readLock = lo.readLock();
static ReentrantReadWriteLock.WriteLock writeLock = lo.writeLock();
public static void main(String[] args) {
for (int i = 0;i < 10;i++) {
new Thread(() -> write(), "write執行緒" + i).start();
}
for (int i = 0;i < 10;i++) {
new Thread(() -> read(), "read執行緒" + i).start();
}
}
private static void read() {
readLock.lock();
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "開始讀-----------");
try { Thread.sleep(100); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); }
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "結束讀-----------");
readLock.unlock();
}
private static void write() {
writeLock.lock();
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "開始寫-----------");
try { Thread.sleep(300); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); }
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "結束寫結束寫-----------");
readLock.lock(); //鎖降級 同時持有寫鎖和讀鎖
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "鎖降級-----------");
try { Thread.sleep(1000); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); }
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "釋放寫鎖-----------");
writeLock.unlock(); //釋放寫鎖-此時值持有讀鎖
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "釋放讀鎖-----------");
readLock.unlock(); //釋放讀鎖
}
}
執行結果
write執行緒1開始寫-----------
write執行緒1結束寫結束寫-----------
write執行緒1鎖降級-----------
write執行緒1釋放寫鎖-----------
write執行緒1釋放讀鎖-----------
write執行緒2開始寫-----------
write執行緒2結束寫結束寫-----------
write執行緒2鎖降級-----------
write執行緒2釋放寫鎖-----------
write執行緒2釋放讀鎖-----------
write執行緒0開始寫-----------
write執行緒0結束寫結束寫-----------
write執行緒0鎖降級-----------
write執行緒0釋放寫鎖-----------
write執行緒0釋放讀鎖-----------
write執行緒3開始寫-----------
write執行緒3結束寫結束寫-----------
write執行緒3鎖降級-----------
write執行緒3釋放寫鎖-----------
write執行緒3釋放讀鎖-----------
write執行緒4開始寫-----------
write執行緒4結束寫結束寫-----------
write執行緒4鎖降級-----------
write執行緒4釋放寫鎖-----------
write執行緒4釋放讀鎖-----------
write執行緒7開始寫-----------
write執行緒7結束寫結束寫-----------
write執行緒7鎖降級-----------
write執行緒7釋放寫鎖-----------
write執行緒7釋放讀鎖-----------
write執行緒8開始寫-----------
write執行緒8結束寫結束寫-----------
write執行緒8鎖降級-----------
write執行緒8釋放寫鎖-----------
write執行緒8釋放讀鎖-----------
write執行緒5開始寫-----------
write執行緒5結束寫結束寫-----------
write執行緒5鎖降級-----------
write執行緒5釋放寫鎖-----------
write執行緒5釋放讀鎖-----------
write執行緒6開始寫-----------
write執行緒6結束寫結束寫-----------
write執行緒6鎖降級-----------
write執行緒6釋放寫鎖-----------
write執行緒6釋放讀鎖-----------
write執行緒9開始寫-----------
write執行緒9結束寫結束寫-----------
write執行緒9鎖降級-----------
write執行緒9釋放寫鎖-----------
write執行緒9釋放讀鎖-----------
read執行緒0開始讀-----------
read執行緒1開始讀-----------
read執行緒2開始讀-----------
read執行緒3開始讀-----------
read執行緒4開始讀-----------
read執行緒5開始讀-----------
read執行緒6開始讀-----------
read執行緒7開始讀-----------
read執行緒8開始讀-----------
read執行緒9開始讀-----------
read執行緒4結束讀-----------
read執行緒1結束讀-----------
read執行緒0結束讀-----------
read執行緒2結束讀-----------
read執行緒5結束讀-----------
read執行緒3結束讀-----------
read執行緒6結束讀-----------
read執行緒9結束讀-----------
read執行緒7結束讀-----------
read執行緒8結束讀-----------
5.3 再來個更清晰的例子
持有讀寫鎖，釋放寫鎖後釋放讀鎖前，其它執行緒可讀
public class ReentrantLockTest8 { static ReentrantReadWriteLock lo = new ReentrantReadWriteLock(); static ReentrantReadWriteLock.ReadLock readLock = lo.readLock(); static ReentrantReadWriteLock.WriteLock writeLock = lo.writeLock(); //讀讀共享 讀寫互斥 寫寫互斥 public static void main(String[] args) { CountDownLatch c = new CountDownLatch(10); new Thread(() ->write(c), "write執行緒" ).start(); for (int i = 0;i < 10;i++) { new Thread(() -> read(c), "read執行緒" + i).start(); } } private static void read(CountDownLatch c) { readLock.lock(); System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "開始讀-----------"); System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "結束讀-----------"); readLock.unlock(); c.countDown(); } private static void write(CountDownLatch c) { writeLock.lock(); System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "寫-----------"); readLock.lock(); //鎖降級 同時持有寫鎖和讀鎖 System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "釋放寫鎖-----------"); writeLock.unlock(); //釋放寫鎖，只持有讀鎖，此時其它執行緒可讀 try { c.await(); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "釋放讀鎖-----------"); readLock.unlock(); //釋放讀鎖 } }
執行結果，執行完成
write執行緒寫----------- write執行緒釋放寫鎖----------- read執行緒0開始讀----------- read執行緒5開始讀----------- read執行緒4開始讀----------- read執行緒4結束讀----------- read執行緒1開始讀----------- read執行緒1結束讀----------- read執行緒7開始讀----------- read執行緒7結束讀----------- read執行緒6開始讀----------- read執行緒5結束讀----------- read執行緒3開始讀----------- read執行緒9開始讀----------- read執行緒9結束讀----------- read執行緒2開始讀----------- read執行緒0結束讀----------- read執行緒2結束讀----------- read執行緒3結束讀----------- read執行緒6結束讀----------- read執行緒8開始讀----------- read執行緒8結束讀----------- write執行緒釋放讀鎖----------- Process finished with exit code 0
持有讀寫鎖，釋放讀鎖和寫鎖前，其它執行緒不可讀
把try { c.await(); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); }放到釋放寫鎖前
public class ReentrantLockTest7 { static ReentrantReadWriteLock lo = new ReentrantReadWriteLock(); static ReentrantReadWriteLock.ReadLock readLock = lo.readLock(); static ReentrantReadWriteLock.WriteLock writeLock = lo.writeLock(); //讀讀共享 讀寫互斥 寫寫互斥 public static void main(String[] args) { CountDownLatch c = new CountDownLatch(10); new Thread(() ->write(c), "write執行緒" ).start(); for (int i = 0;i < 10;i++) { new Thread(() -> read(c), "read執行緒" + i).start(); } } private static void read(CountDownLatch c) { readLock.lock(); System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "開始讀-----------"); System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "結束讀-----------"); readLock.unlock(); c.countDown(); } private static void write(CountDownLatch c) { writeLock.lock(); System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "寫-----------"); readLock.lock(); //鎖降級 同時持有寫鎖和讀鎖 try { c.await(); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "釋放寫鎖-----------"); writeLock.unlock(); //釋放寫鎖，只持有讀鎖，此時其它執行緒可讀 System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "釋放讀鎖-----------"); readLock.unlock(); //釋放讀鎖 } }
執行結果，卡住了，沒有執行完