Java鎖--ReentrantLock
阿新 • • 發佈：2018-03-12
中斷 locked left sig tar on() 另一個 final wan 
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ReentrantLock介紹
ReentrantLock是一個可重入的互斥鎖，又被稱為“獨占鎖”。
顧名思義，ReentrantLock鎖在同一個時間點只能被一個線程鎖持有；而可重入的意思是，ReentrantLock鎖，可以被單個線程多次獲取。
ReentrantLock分為“公平鎖”和“非公平鎖”。它們的區別體現在獲取鎖的機制上是否公平。“鎖”是為了保護競爭資源，防止多個線程同時操作線程而出錯，ReentrantLock在同一個時間點只能被一個線程獲取(當某線程獲取到“鎖”時，其它線程就必須等待)；ReentraantLock是通過一個FIFO的等待隊列來管理獲取該鎖所有線程的。在“公平鎖”的機制下，線程依次排隊獲取鎖；而“非公平鎖”在鎖是可獲取狀態時，不管自己是不是在隊列的開頭都會獲取鎖。
ReentrantLock函數列表
// 創建一個 ReentrantLock ，默認是“非公平鎖”。 ReentrantLock() // 創建策略是fair的 ReentrantLock。fair為true表示是公平鎖，fair為false表示是非公平鎖。 ReentrantLock(boolean fair) // 查詢當前線程保持此鎖的次數。 int getHoldCount() // 返回目前擁有此鎖的線程，如果此鎖不被任何線程擁有，則返回 null。 protected Thread getOwner() // 返回一個 collection，它包含可能正等待獲取此鎖的線程。 protected Collection<Thread> getQueuedThreads() // 返回正等待獲取此鎖的線程估計數。 int getQueueLength() // 返回一個 collection，它包含可能正在等待與此鎖相關給定條件的那些線程。 protected Collection<Thread> getWaitingThreads(Condition condition) // 返回等待與此鎖相關的給定條件的線程估計數。 int getWaitQueueLength(Condition condition) // 查詢給定線程是否正在等待獲取此鎖。 boolean hasQueuedThread(Thread thread) // 查詢是否有些線程正在等待獲取此鎖。 boolean hasQueuedThreads() // 查詢是否有些線程正在等待與此鎖有關的給定條件。 boolean hasWaiters(Condition condition) // 如果是“公平鎖”返回true，否則返回false。 boolean isFair() // 查詢當前線程是否保持此鎖。 boolean isHeldByCurrentThread() // 查詢此鎖是否由任意線程保持。 boolean isLocked() // 獲取鎖。 void lock() // 如果當前線程未被中斷，則獲取鎖。 void lockInterruptibly() // 返回用來與此 Lock 實例一起使用的 Condition 實例。 Condition newCondition() // 僅在調用時鎖未被另一個線程保持的情況下，才獲取該鎖。 boolean tryLock() // 如果鎖在給定等待時間內沒有被另一個線程保持，且當前線程未被中斷，則獲取該鎖。 boolean tryLock(long timeout, TimeUnit unit) // 試圖釋放此鎖。 void unlock()
ReentrantLock示例
通過對比“示例1”和“示例2”,我們能夠清晰的認識lock和unlock的作用
示例1
1 import java.util.concurrent.locks.Lock;
2 import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
3
4 // LockTest1.java
5 // 倉庫
6 class Depot {
7 private int size; // 倉庫的實際數量
8 private Lock lock; // 獨占鎖
9
10 public Depot() {
11 this.size = 0;
12 this.lock = new ReentrantLock();
13 }
14
15 public void produce(int val) {
16 lock.lock();
17 try {
18 size += val;
19 System.out.printf("%s produce(%d) --> size=%d\n",
20 Thread.currentThread().getName(), val, size);
21 } finally {
22 lock.unlock();
23 }
24 }
25
26 public void consume(int val) {
27 lock.lock();
28 try {
29 size -= val;
30 System.out.printf("%s consume(%d) <-- size=%d\n",
31 Thread.currentThread().getName(), val, size);
32 } finally {
33 lock.unlock();
34 }
35 }
36 };
37
38 // 生產者
39 class Producer {
40 private Depot depot;
41
42 public Producer(Depot depot) {
43 this.depot = depot;
44 }
45
46 // 消費產品：新建一個線程向倉庫中生產產品。
47 public void produce(final int val) {
48 new Thread() {
49 public void run() {
50 depot.produce(val);
51 }
52 }.start();
53 }
54 }
55
56 // 消費者
57 class Customer {
58 private Depot depot;
59
60 public Customer(Depot depot) {
61 this.depot = depot;
62 }
63
64 // 消費產品：新建一個線程從倉庫中消費產品。
65 public void consume(final int val) {
66 new Thread() {
67 public void run() {
68 depot.consume(val);
69 }
70 }.start();
71 }
72 }
73
74 public class LockTest1 {
75 public static void main(String[] args) {
76 Depot mDepot = new Depot();
77 Producer mPro = new Producer(mDepot);
78 Customer mCus = new Customer(mDepot);
79
80 mPro.produce(60);
81 mPro.produce(120);
82 mCus.consume(90);
83 mCus.consume(150);
84 mPro.produce(110);
85 }
86 }
運行結果：
Thread-0 produce(60) --> size=60 Thread-1 produce(120) --> size=180 Thread-3 consume(150) <-- size=30 Thread-2 consume(90) <-- size=-60 Thread-4 produce(110) --> size=50
結果分析：
(01) Depot 是個倉庫。通過produce()能往倉庫中生產貨物，通過consume()能消費倉庫中的貨物。通過獨占鎖lock實現對倉庫的互斥訪問：在操作(生產/消費)倉庫中貨品前，會先通過lock()鎖住倉庫，操作完之後再通過unlock()解鎖。
(02) Producer是生產者類。調用Producer中的produce()函數可以新建一個線程往倉庫中生產產品。
(03) Customer是消費者類。調用Customer中的consume()函數可以新建一個線程消費倉庫中的產品。
(04) 在主線程main中，我們會新建1個生產者mPro，同時新建1個消費者mCus。它們分別向倉庫中生產/消費產品。
根據main中的生產/消費數量，倉庫最終剩余的產品應該是50。運行結果是符合我們預期的！
這個模型存在兩個問題：
(01) 現實中，倉庫的容量不可能為負數。但是，此模型中的倉庫容量可以為負數，這與現實相矛盾！
(02) 現實中，倉庫的容量是有限制的。但是，此模型中的容量確實沒有限制的！
這兩個問題，我們稍微會講到如何解決。現在，先看個簡單的示例2；通過對比“示例1”和“示例2”,我們能更清晰的認識lock(),unlock()的用途。
示例2
1 import java.util.concurrent.locks.Lock;
2 import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
3
4 // LockTest2.java
5 // 倉庫
6 class Depot {
7 private int size; // 倉庫的實際數量
8 private Lock lock; // 獨占鎖
9
10 public Depot() {
11 this.size = 0;
12 this.lock = new ReentrantLock();
13 }
14
15 public void produce(int val) {
16 // lock.lock();
17 // try {
18 size += val;
19 System.out.printf("%s produce(%d) --> size=%d\n",
20 Thread.currentThread().getName(), val, size);
21 // } catch (InterruptedException e) {
22 // } finally {
23 // lock.unlock();
24 // }
25 }
26
27 public void consume(int val) {
28 // lock.lock();
29 // try {
30 size -= val;
31 System.out.printf("%s consume(%d) <-- size=%d\n",
32 Thread.currentThread().getName(), val, size);
33 // } finally {
34 // lock.unlock();
35 // }
36 }
37 };
38
39 // 生產者
40 class Producer {
41 private Depot depot;
42
43 public Producer(Depot depot) {
44 this.depot = depot;
45 }
46
47 // 消費產品：新建一個線程向倉庫中生產產品。
48 public void produce(final int val) {
49 new Thread() {
50 public void run() {
51 depot.produce(val);
52 }
53 }.start();
54 }
55 }
56
57 // 消費者
58 class Customer {
59 private Depot depot;
60
61 public Customer(Depot depot) {
62 this.depot = depot;
63 }
64
65 // 消費產品：新建一個線程從倉庫中消費產品。
66 public void consume(final int val) {
67 new Thread() {
68 public void run() {
69 depot.consume(val);
70 }
71 }.start();
72 }
73 }
74
75 public class LockTest2 {
76 public static void main(String[] args) {
77 Depot mDepot = new Depot();
78 Producer mPro = new Producer(mDepot);
79 Customer mCus = new Customer(mDepot);
80
81 mPro.produce(60);
82 mPro.produce(120);
83 mCus.consume(90);
84 mCus.consume(150);
85 mPro.produce(110);
86 }
87 }
(某一次)運行結果：
Thread-0 produce(60) --> size=-60 Thread-4 produce(110) --> size=50 Thread-2 consume(90) <-- size=-60 Thread-1 produce(120) --> size=-60 Thread-3 consume(150) <-- size=-60
結果說明：
“示例2”在“示例1”的基礎上去掉了lock鎖。在“示例2”中，倉庫中最終剩余的產品是-60，而不是我們期望的50。原因是我們沒有實現對倉庫的互斥訪問。
示例3
在“示例3”中，我們通過Condition去解決“示例1”中的兩個問題：“倉庫的容量不可能為負數”以及“倉庫的容量是有限制的”。
解決該問題是通過Condition。Condition是需要和Lock聯合使用的：通過Condition中的await()方法，能讓線程阻塞[類似於wait()]；通過Condition的signal()方法，能讓喚醒線程[類似於notify()]。
1 import java.util.concurrent.locks.Lock;
2 import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
3 import java.util.concurrent.locks.Condition;
4
5 // LockTest3.java
6 // 倉庫
7 class Depot {
8 private int capacity; // 倉庫的容量
9 private int size; // 倉庫的實際數量
10 private Lock lock; // 獨占鎖
11 private Condition fullCondtion; // 生產條件
12 private Condition emptyCondtion; // 消費條件
13
14 public Depot(int capacity) {
15 this.capacity = capacity;
16 this.size = 0;
17 this.lock = new ReentrantLock();
18 this.fullCondtion = lock.newCondition();
19 this.emptyCondtion = lock.newCondition();
20 }
21
22 public void produce(int val) {
23 lock.lock();
24 try {
25 // left 表示“想要生產的數量”(有可能生產量太多，需多此生產)
26 int left = val;
27 while (left > 0) {
28 // 庫存已滿時，等待“消費者”消費產品。
29 while (size >= capacity)
30 fullCondtion.await();
31 // 獲取“實際生產的數量”(即庫存中新增的數量)
32 // 如果“庫存”+“想要生產的數量”>“總的容量”，則“實際增量”=“總的容量”-“當前容量”。(此時填滿倉庫)
33 // 否則“實際增量”=“想要生產的數量”
34 int inc = (size+left)>capacity ? (capacity-size) : left;
35 size += inc;
36 left -= inc;
37 System.out.printf("%s produce(%3d) --> left=%3d, inc=%3d, size=%3d\n",
38 Thread.currentThread().getName(), val, left, inc, size);
39 // 通知“消費者”可以消費了。
40 emptyCondtion.signal();
41 }
42 } catch (InterruptedException e) {
43 } finally {
44 lock.unlock();
45 }
46 }
47
48 public void consume(int val) {
49 lock.lock();
50 try {
51 // left 表示“客戶要消費數量”(有可能消費量太大，庫存不夠，需多此消費)
52 int left = val;
53 while (left > 0) {
54 // 庫存為0時，等待“生產者”生產產品。
55 while (size <= 0)
56 emptyCondtion.await();
57 // 獲取“實際消費的數量”(即庫存中實際減少的數量)
58 // 如果“庫存”<“客戶要消費的數量”，則“實際消費量”=“庫存”；
59 // 否則，“實際消費量”=“客戶要消費的數量”。
60 int dec = (size<left) ? size : left;
61 size -= dec;
62 left -= dec;
63 System.out.printf("%s consume(%3d) <-- left=%3d, dec=%3d, size=%3d\n",
64 Thread.currentThread().getName(), val, left, dec, size);
65 fullCondtion.signal();
66 }
67 } catch (InterruptedException e) {
68 } finally {
69 lock.unlock();
70 }
71 }
72
73 public String toString() {
74 return "capacity:"+capacity+", actual size:"+size;
75 }
76 };
77
78 // 生產者
79 class Producer {
80 private Depot depot;
81
82 public Producer(Depot depot) {
83 this.depot = depot;
84 }
85
86 // 消費產品：新建一個線程向倉庫中生產產品。
87 public void produce(final int val) {
88 new Thread() {
89 public void run() {
90 depot.produce(val);
91 }
92 }.start();
93 }
94 }
95
96 // 消費者
97 class Customer {
98 private Depot depot;
99
100 public Customer(Depot depot) {
101 this.depot = depot;
102 }
103
104 // 消費產品：新建一個線程從倉庫中消費產品。
105 public void consume(final int val) {
106 new Thread() {
107 public void run() {
108 depot.consume(val);
109 }
110 }.start();
111 }
112 }
113
114 public class LockTest3 {
115 public static void main(String[] args) {
116 Depot mDepot = new Depot(100);
117 Producer mPro = new Producer(mDepot);
118 Customer mCus = new Customer(mDepot);
119
120 mPro.produce(60);
121 mPro.produce(120);
122 mCus.consume(90);
123 mCus.consume(150);
124 mPro.produce(110);
125 }
126 }
(某一次)運行結果：
Thread-0 produce( 60) --> left= 0, inc= 60, size= 60 Thread-1 produce(120) --> left= 80, inc= 40, size=100 Thread-2 consume( 90) <-- left= 0, dec= 90, size= 10 Thread-3 consume(150) <-- left=140, dec= 10, size= 0 Thread-4 produce(110) --> left= 10, inc=100, size=100 Thread-3 consume(150) <-- left= 40, dec=100, size= 0 Thread-4 produce(110) --> left= 0, inc= 10, size= 10 Thread-3 consume(150) <-- left= 30, dec= 10, size= 0 Thread-1 produce(120) --> left= 0, inc= 80, size= 80 Thread-3 consume(150) <-- left= 0, dec= 30, size= 50
Java鎖--ReentrantLock