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本文出自【趙彥軍的博客】

Java線程安全StampedLock
Java線程安全Lock、ReentrantLock、ReentrantReadWriteLock
Java線程安全集合總結(jié)
Java原子操作Atomic

文章目錄

• 前言
• Lock
• ReentrantLock
• • 公平鎖/非公平鎖
  • 超時(shí)機(jī)制
  • 可重入鎖
• 讀寫鎖 ReentrantReadWriteLock
• • 源碼結(jié)構(gòu)
  • 總結(jié)
  • 示例

前言

java5之后，并發(fā)包中新增了Lock接口（以及相關(guān)實(shí)現(xiàn)類）用來(lái)實(shí)現(xiàn)鎖的功能，它提供了與synchronized關(guān)鍵字類似的同步功能。

既然有了synchronized這種內(nèi)置的鎖功能，為何要新增Lock接口？先來(lái)想象一個(gè)場(chǎng)景：手把手的進(jìn)行鎖獲取和釋放，先獲得鎖A，然后再獲取鎖B，當(dāng)獲取鎖B后釋放鎖A同時(shí)獲取鎖C，當(dāng)鎖C獲取后，再釋放鎖B同時(shí)獲取鎖D，以此類推，這種場(chǎng)景下，synchronized關(guān)鍵字就不那么容易實(shí)現(xiàn)了，而使用Lock卻顯得容易許多。

Lock

Lock 是一個(gè)接口

public interface Lock {void lock();void lockInterruptibly() throws InterruptedException;boolean tryLock();boolean tryLock(long time, TimeUnit unit) throws InterruptedException;void unlock();Condition newCondition(); }

ReentrantLock

public class ReentrantLock implements Lock, java.io.Serializable { }

使用如下：

public class LockTest {Lock lock = new ReentrantLock();public void run(){//獲取鎖 lock.lock();//doSomething//釋放鎖lock.unlock();} }

使用起來(lái)，也非常簡(jiǎn)單，首先 lock.lock(); 獲取鎖，然后去執(zhí)行自己的邏輯，最后調(diào)用 lock.unlock(); 釋放鎖。

但是這里有個(gè)問題，如果我們的邏輯發(fā)生異常，那就永遠(yuǎn)無(wú)法釋放鎖，所以我們優(yōu)化一下，把釋放鎖的邏輯放在 finally 塊中，如下

public class LockTest {Lock lock = new ReentrantLock();public void run(){//獲取鎖lock.lock();try {//doSomething}catch (Exception e){}finally {//釋放鎖lock.unlock();}} }

公平鎖/非公平鎖

• 非公平鎖：如果同時(shí)還有另一個(gè)線程進(jìn)來(lái)嘗試獲取，那么有可能會(huì)讓這個(gè)線程搶先獲取；

• 公平鎖：如果同時(shí)還有另一個(gè)線程進(jìn)來(lái)嘗試獲取，當(dāng)它發(fā)現(xiàn)自己不是在隊(duì)首的話，就會(huì)排到隊(duì)尾，由隊(duì)首的線程獲取到鎖。

ReentrantLock 主要利用CAS+AQS隊(duì)列來(lái)實(shí)現(xiàn)。它支持公平鎖和非公平鎖，兩者的實(shí)現(xiàn)類似。

• CAS：Compare and Swap，比較并交換。CAS有3個(gè)操作數(shù)：內(nèi)存值V、預(yù)期值A(chǔ)、要修改的新值B。當(dāng)且僅當(dāng)預(yù)期值A(chǔ)和內(nèi)存值V相同時(shí)，將內(nèi)存值V修改為B，否則什么都不做。該操作是一個(gè)原子操作，被廣泛的應(yīng)用在Java的底層實(shí)現(xiàn)中。在Java中，CAS主要是由sun.misc.Unsafe這個(gè)類通過(guò)JNI調(diào)用CPU底層指令實(shí)現(xiàn)

ReentrantLock主要利用CAS+AQS隊(duì)列來(lái)實(shí)現(xiàn)。它支持公平鎖和非公平鎖，兩者的實(shí)現(xiàn)類似。

AbstractQueuedSynchronizer 簡(jiǎn)稱AQS

我們來(lái)看一下 ReentrantLock 構(gòu)造函數(shù)

public ReentrantLock() {sync = new NonfairSync();}/*** Creates an instance of {@code ReentrantLock} with the* given fairness policy.** @param fair {@code true} if this lock should use a fair ordering policy*/public ReentrantLock(boolean fair) {sync = fair ? new FairSync() : new NonfairSync();}

構(gòu)造支持傳入 fair 來(lái)指定是否是公平鎖

• FairSync() 公平鎖
• NonfairSync() 非公平鎖

如果使用無(wú)參構(gòu)造函數(shù)，則是非公平鎖。

超時(shí)機(jī)制

在 ReetrantLock的tryLock(long timeout, TimeUnit unit) 提供了超時(shí)獲取鎖的功能。它的語(yǔ)義是在指定的時(shí)間內(nèi)如果獲取到鎖就返回true，獲取不到則返回false。這種機(jī)制避免了線程無(wú)限期的等待鎖釋放。

可重入鎖

• 可重入鎖。可重入鎖是指同一個(gè)線程可以多次獲取同一把鎖。ReentrantLock和synchronized都是可重入鎖。

• 可中斷鎖。可中斷鎖是指線程嘗試獲取鎖的過(guò)程中，是否可以響應(yīng)中斷。synchronized是不可中斷鎖，而ReentrantLock則提供了中斷功能。

• 公平鎖與非公平鎖。公平鎖是指多個(gè)線程同時(shí)嘗試獲取同一把鎖時(shí)，獲取鎖的順序按照線程達(dá)到的順序，而非公平鎖則允許線程“插隊(duì)”。synchronized是非公平鎖，而ReentrantLock的默認(rèn)實(shí)現(xiàn)是非公平鎖，但是也可以設(shè)置為公平鎖。

讀寫鎖 ReentrantReadWriteLock

現(xiàn)實(shí)中有這樣一種場(chǎng)景：對(duì)共享資源有讀和寫的操作，且寫操作沒有讀操作那么頻繁。

在沒有寫操作的時(shí)候，多個(gè)線程同時(shí)讀一個(gè)資源沒有任何問題，所以應(yīng)該允許多個(gè)線程同時(shí)讀取共享資源；但是如果一個(gè)線程想去寫這些共享資源，就不應(yīng)該允許其他線程對(duì)該資源進(jìn)行讀和寫的操作了。

針對(duì)這種場(chǎng)景，JAVA的并發(fā)包提供了讀寫鎖 ReentrantReadWriteLock，它表示兩個(gè)鎖，一個(gè)是讀操作相關(guān)的鎖，稱為共享鎖；一個(gè)是寫相關(guān)的鎖，稱為排他鎖，描述如下：

線程進(jìn)入讀鎖的前提條件：

• 沒有其他線程的寫鎖，

• 沒有寫請(qǐng)求或者有寫請(qǐng)求，但調(diào)用線程和持有鎖的線程是同一個(gè)。

線程進(jìn)入寫鎖的前提條件：

• 沒有其他線程的讀鎖

• 沒有其他線程的寫鎖

而讀寫鎖有以下三個(gè)重要的特性：

（1）公平選擇性：支持非公平（默認(rèn)）和公平的鎖獲取方式，吞吐量還是非公平優(yōu)于公平。

（2）重進(jìn)入：讀鎖和寫鎖都支持線程重進(jìn)入。

（3）鎖降級(jí)：遵循獲取寫鎖、獲取讀鎖再釋放寫鎖的次序，寫鎖能夠降級(jí)成為讀鎖。

源碼結(jié)構(gòu)

public class ReentrantReadWriteLock implements ReadWriteLock, java.io.Serializable {/** 讀鎖 */private final ReentrantReadWriteLock.ReadLock readerLock;/** 寫鎖 */private final ReentrantReadWriteLock.WriteLock writerLock;final Sync sync;/** 使用默認(rèn)（非公平）的排序?qū)傩詣?chuàng)建一個(gè)新的 ReentrantReadWriteLock */public ReentrantReadWriteLock() {this(false);}/** 使用給定的公平策略創(chuàng)建一個(gè)新的 ReentrantReadWriteLock */public ReentrantReadWriteLock(boolean fair) {sync = fair ? new FairSync() : new NonfairSync();readerLock = new ReadLock(this);writerLock = new WriteLock(this);}/** 返回用于寫入操作的鎖 */public ReentrantReadWriteLock.WriteLock writeLock() { return writerLock; }/** 返回用于讀取操作的鎖 */public ReentrantReadWriteLock.ReadLock readLock() { return readerLock; }abstract static class Sync extends AbstractQueuedSynchronizer {}static final class NonfairSync extends Sync {}static final class FairSync extends Sync {}public static class ReadLock implements Lock, java.io.Serializable {}public static class WriteLock implements Lock, java.io.Serializable {} }

1、類的繼承關(guān)系

public class ReentrantReadWriteLockimplements ReadWriteLock, java.io.Serializable {}

說(shuō)明：可以看到，ReentrantReadWriteLock實(shí)現(xiàn)了ReadWriteLock接口，ReadWriteLock接口定義了獲取讀鎖和寫鎖的規(guī)范，具體需要實(shí)現(xiàn)類去實(shí)現(xiàn)；同時(shí)其還實(shí)現(xiàn)了Serializable接口，表示可以進(jìn)行序列化，在源代碼中可以看到ReentrantReadWriteLock實(shí)現(xiàn)了自己的序列化邏輯。

2、ReentrantReadWriteLock有五個(gè)內(nèi)部類，五個(gè)內(nèi)部類之間也是相互關(guān)聯(lián)的。內(nèi)部類的關(guān)系如下圖所示。

說(shuō)明：如上圖所示，Sync繼承自AQS、NonfairSync繼承自Sync類、FairSync繼承自Sync類（通過(guò)構(gòu)造函數(shù)傳入的布爾值決定要構(gòu)造哪一種Sync實(shí)例）；ReadLock實(shí)現(xiàn)了Lock接口、WriteLock也實(shí)現(xiàn)了Lock接口。

總結(jié)

• 在線程持有讀鎖的情況下，該線程不能取得寫鎖(因?yàn)楂@取寫鎖的時(shí)候，如果發(fā)現(xiàn)當(dāng)前的讀鎖被占用，就馬上獲取失敗，不管讀鎖是不是被當(dāng)前線程持有)。

• 在線程持有寫鎖的情況下，該線程可以繼續(xù)獲取讀鎖（獲取讀鎖時(shí)如果發(fā)現(xiàn)寫鎖被占用，只有寫鎖沒有被當(dāng)前線程占用的情況才會(huì)獲取失敗）。

仔細(xì)想想，這個(gè)設(shè)計(jì)是合理的：因?yàn)楫?dāng)線程獲取讀鎖的時(shí)候，可能有其他線程同時(shí)也在持有讀鎖，因此不能把獲取讀鎖的線程“升級(jí)”為寫鎖；而對(duì)于獲得寫鎖的線程，它一定獨(dú)占了讀寫鎖，因此可以繼續(xù)讓它獲取讀鎖，當(dāng)它同時(shí)獲取了寫鎖和讀鎖后，還可以先釋放寫鎖繼續(xù)持有讀鎖，這樣一個(gè)寫鎖就“降級(jí)”為了讀鎖。

綜上：

一個(gè)線程要想同時(shí)持有寫鎖和讀鎖，必須先獲取寫鎖再獲取讀鎖；寫鎖可以“降級(jí)”為讀鎖；讀鎖不能“升級(jí)”為寫鎖。

示例

public class LockTest {ReadWriteLock lock = new ReentrantReadWriteLock();Lock readLock = lock.readLock();Lock writeLock = lock.writeLock();}

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的Java线程安全Lock、ReentrantLock、ReentrantReadWriteLock的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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