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一、Lock體系結構

1、基礎接口簡介

Lock加鎖相關結構中涉及兩個使用廣泛的基礎API：ReentrantLock類和Condition接口，基本關系如下：

Lock接口

Java并發編程中資源加鎖的根接口之一，規定了資源鎖使用的幾個基礎方法。

ReentrantLock類

實現Lock接口的可重入鎖，即線程如果獲得當前實例的鎖，并進入任務方法，在線程沒有釋放鎖的狀態下，可以再次進入任務方法，特點：互斥排它性，即同一個時刻只有一個線程進入任務。

Condition接口

Condition接口描述可能會與鎖有關聯的條件變量，提供了更強大的功能，例如在線程的等待/通知機制上，Conditon可以實現多路通知和選擇性通知。

2、使用案例

生產消費模式

寫線程向容器中添加數據，讀線程從容器獲取數據，如果容器為空時，讀線程等待。

public class LockAPI01 {private static Lock lock = new ReentrantLock() ;private static Condition condition1 = lock.newCondition() ;private static Condition condition2 = lock.newCondition() ;public static void main(String[] args) throws Exception {List<String> dataList = new ArrayList<>() ;ReadList readList = new ReadList(dataList);WriteList writeList = new WriteList(dataList);new Thread(readList).start();TimeUnit.SECONDS.sleep(2);new Thread(writeList).start();}// 讀數據線程static class ReadList implements Runnable {private List<String> dataList ;public ReadList (List<String> dataList){this.dataList = dataList ;}@Overridepublic void run() {lock.lock();try {if (dataList.size() != 2){System.out.println("Read wait...");condition1.await();}System.out.println("ReadList WakeUp...");for (String element:dataList){System.out.println("ReadList："+element);}condition2.signalAll();} catch (InterruptedException e){e.fillInStackTrace() ;} finally {lock.unlock();}}}// 寫數據線程static class WriteList implements Runnable {private List<String> dataList ;public WriteList (List<String> dataList){this.dataList = dataList ;}@Overridepublic void run() {lock.lock();try {dataList.add("Java") ;dataList.add("C++") ;condition1.signalAll();System.out.println("Write over...");condition2.await();System.out.println("Write WakeUp...");} catch (InterruptedException e){e.fillInStackTrace() ;} finally {lock.unlock();}}} }

這個生產消費模式和生活中的點餐場景極為類似，用戶下單，通知后廚烹飪，烹飪完成之后通知送餐。

順序執行模式

既然線程執行可以互相通知，那也可以基于該機制實現線程的順序執行，基本思路：在一個線程執行完畢后，基于條件喚醒下個線程。

public class LockAPI02 {public static void main(String[] args) {PrintInfo printInfo = new PrintInfo() ;ExecutorService service = Executors.newFixedThreadPool(3);service.execute(new PrintA(printInfo));service.execute(new PrintB(printInfo));service.execute(new PrintC(printInfo));} } class PrintA implements Runnable {private PrintInfo printInfo ;public PrintA (PrintInfo printInfo){this.printInfo = printInfo ;}@Overridepublic void run() {printInfo.printA ();} } class PrintB implements Runnable {private PrintInfo printInfo ;public PrintB (PrintInfo printInfo){this.printInfo = printInfo ;}@Overridepublic void run() {printInfo.printB ();} } class PrintC implements Runnable {private PrintInfo printInfo ;public PrintC (PrintInfo printInfo){this.printInfo = printInfo ;}@Overridepublic void run() {printInfo.printC ();} } class PrintInfo {// 控制下個執行的線程private String info = "A";private ReentrantLock lock = new ReentrantLock();// 三個線程，三個控制條件Condition conditionA = lock.newCondition();Condition conditionB = lock.newCondition();Condition conditionC = lock.newCondition();public void printA (){try {lock.lock();while (!info.equals("A")) {conditionA.await();}System.out.print("A");info = "B";conditionB.signalAll();} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();} finally {lock.unlock();}}public void printB (){try {lock.lock();while (!info.equals("B")) {conditionB.await();}System.out.print("B");info = "C";conditionC.signalAll();} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();} finally {lock.unlock();}}public void printC (){try {lock.lock();while (!info.equals("C")) {conditionC.await();}System.out.print("C");info = "A";conditionA.signalAll();} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();} finally {lock.unlock();}} }

該案例經常出現在多線程的面試題中，如何實現ABC的順序打印問題，基本思路就是基于線程的等待通知機制，但是實現方式很多，上述只是其中一種方式。

二、讀寫鎖機制

1、基礎API簡介

重入鎖的排它特性決定了性能會產生瓶頸，為了提升性能問題，JDK中還有另一套讀寫鎖機制。讀寫鎖中維護一個共享讀鎖和一個排它寫鎖，在實際開發中，讀的場景還是偏多的，所以讀寫鎖可以很好的提高并發性。

讀寫鎖相關結構中兩個基礎API：ReadWriteLock接口和ReentrantReadWriteLock實現類，基本關系如下：

ReadWriteLock

提供兩個基礎方法，readLock獲取讀機制鎖，writeLock獲取寫機制鎖。

ReentrantReadWriteLock

接口ReadWriteLock的具體實現，特點：基于讀鎖時，其他線程可以進行讀操作，基于寫鎖時，其他線程讀、寫操作都禁止。

2、使用案例

讀寫分離模式

通過讀寫鎖機制，分別向數據容器Map中寫入數據和讀取數據，以此驗證讀寫鎖機制。

public class LockAPI03 {public static void main(String[] args) throws Exception {DataMap dataMap = new DataMap() ;Thread read = new Thread(new GetRun(dataMap)) ;Thread write = new Thread(new PutRun(dataMap)) ;write.start();Thread.sleep(2000);read.start();} } class GetRun implements Runnable {private DataMap dataMap ;public GetRun (DataMap dataMap){this.dataMap = dataMap ;}@Overridepublic void run() {System.out.println("GetRun："+dataMap.get("myKey"));} } class PutRun implements Runnable {private DataMap dataMap ;public PutRun (DataMap dataMap){this.dataMap = dataMap ;}@Overridepublic void run() {dataMap.put("myKey","myValue");} } class DataMap {Map<String,String> dataMap = new HashMap<>() ;ReadWriteLock rwLock = new ReentrantReadWriteLock() ;Lock readLock = rwLock.readLock() ;Lock writeLock = rwLock.writeLock() ;// 讀取數據public String get (String key){readLock.lock();try{return dataMap.get(key) ;} finally {readLock.unlock();}}// 寫入數據public void put (String key,String value){writeLock.lock();try{dataMap.put(key,value) ;System.out.println("執行寫入結束...");Thread.sleep(10000);} catch (Exception e) {System.out.println("Exception...");} finally {writeLock.unlock();}} }

說明：當put方法一直在睡眠狀態時，因為寫鎖的排它性質，所以讀方法是無法執行的。

三、基礎工具類

LockSupport簡介

LockSupprot定義一組公共靜態方法，這些方法提供最基本的線程阻塞和喚醒功
能。

基礎方法

park()：當前線程阻塞，當前線程被中斷或調用unpark方法，park()方法中返回；

park(Object blocker)：功能同park()，傳入Object對象，記錄導致線程阻塞的阻塞對象，方便問題排查；

parkNanos(long nanos)：指定時間nanos內阻塞當前線程，超時返回；

unpark(Thread thread)：喚醒指定處于阻塞狀態的線程；

代碼案例

該流程在購物APP上非常常見，當你準備支付時放棄，會有一個支付失效，在支付失效期內可以隨時回來支付，過期后需要重新選取支付商品。

public class LockAPI04 {public static void main(String[] args) throws Exception {OrderPay orderPay = new OrderPay("UnPaid") ;Thread orderThread = new Thread(orderPay) ;orderThread.start();Thread.sleep(3000);orderPay.changeState("Pay");LockSupport.unpark(orderThread);} } class OrderPay implements Runnable {// 支付狀態private String orderState ;public OrderPay (String orderState){this.orderState = orderState ;}public synchronized void changeState (String orderState){this.orderState = orderState ;}@Overridepublic void run() {if (orderState.equals("UnPaid")){System.out.println("訂單待支付..."+orderState);LockSupport.park(orderState);}System.out.println("orderState="+orderState);System.out.println("訂單準備發貨...");} }

這里基于LockSupport中park和unpark控制線程狀態，實現的等待通知機制。

四、源代碼地址

GitHub·地址 https://github.com/cicadasmile/java-base-parent GitEE·地址 https://gitee.com/cicadasmile/java-base-parent

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序號文章標題

01	Java并發：線程的創建方式，狀態周期管理
02	Java并發：線程核心機制，基礎概念擴展
03	Java并發：多線程并發訪問，同步控制
04	Java并發：線程間通信，等待/通知機制
05	Java并發：悲觀鎖和樂觀鎖機制

總結

以上是生活随笔為你收集整理的Java并发编程(06)：Lock机制下API用法详解的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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