之前已經(jīng)說道，JVM提供了synchronized關(guān)鍵字來實(shí)現(xiàn)對(duì)變量的同步訪問以及用wait和notify來實(shí)現(xiàn)線程間通信。在jdk1.5以后，JAVA提供了Lock類來實(shí)現(xiàn)和synchronized一樣的功能，并且還提供了Condition來顯示線程間通信。
Lock類是Java類來提供的功能，豐富的api使得Lock類的同步功能比synchronized的同步更強(qiáng)大。本文章的所有代碼均在Lock類例子的代碼
本文主要介紹一下內(nèi)容：
- Lock類
- Lock類其他功能
- Condition類
- Condition類其他功能
- 讀寫鎖
Lock類
Lock類實(shí)際上是一個(gè)接口，我們?cè)趯?shí)例化的時(shí)候?qū)嶋H上是實(shí)例化實(shí)現(xiàn)了該接口的類Lock lock = new ReentrantLock();。用synchronized的時(shí)候，synchronized可以修飾方法，或者對(duì)一段代碼塊進(jìn)行同步處理。
前面講過，針對(duì)需要同步處理的代碼設(shè)置對(duì)象監(jiān)視器，比整個(gè)方法用synchronized修飾要好。Lock類的用法也是這樣，通過Lock對(duì)象lock，用lock.lock來加鎖，用lock.unlock來釋放鎖。在兩者中間放置需要同步處理的代碼。
具體的例子如下：
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public class MyConditionService { private Lock lock = new ReentrantLock(); public void testMethod(){ lock.lock(); for (int i = 0 ;i < 5;i++){ System.out.println("ThreadName = " + Thread.currentThread().getName() + (" " + (i + 1))); } lock.unlock(); }} |
測試的代碼如下：
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MyConditionService service = new MyConditionService();new Thread(service::testMethod).start();new Thread(service::testMethod).start();new Thread(service::testMethod).start();new Thread(service::testMethod).start();new Thread(service::testMethod).start();Thread.sleep(1000 * 5); |
結(jié)果太長就不放出來，具體可以看我源碼。總之，就是每個(gè)線程的打印1-5都是同步進(jìn)行，順序沒有亂。
通過下面的例子，可以看出Lock對(duì)象加鎖的時(shí)候也是一個(gè)對(duì)象鎖，持續(xù)對(duì)象監(jiān)視器的線程才能執(zhí)行同步代碼，其他線程只能等待該線程釋放對(duì)象監(jiān)視器。
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public class MyConditionMoreService { private Lock lock = new ReentrantLock(); public void methodA(){ try{ lock.lock(); System.out.println("methodA begin ThreadName=" + Thread.currentThread().getName() + " time=" + System.currentTimeMillis()); Thread.sleep(1000 * 5); System.out.println("methodA end ThreadName=" + Thread.currentThread().getName() + " time=" + System.currentTimeMillis()); }catch (Exception e){ e.printStackTrace(); }finally { lock.unlock(); } } public void methodB(){ try{ lock.lock(); System.out.println("methodB begin ThreadName=" + Thread.currentThread().getName() + " time=" + System.currentTimeMillis()); Thread.sleep(1000 * 5); System.out.println("methodB end ThreadName=" + Thread.currentThread().getName() + " time=" + System.currentTimeMillis()); }catch (Exception e){ e.printStackTrace(); }finally { lock.unlock(); } }} |
測試代碼如下：
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public void testMethod() throws Exception { MyConditionMoreService service = new MyConditionMoreService(); ThreadA a = new ThreadA(service); a.setName("A"); a.start(); ThreadA aa = new ThreadA(service); aa.setName("AA"); aa.start(); ThreadB b = new ThreadB(service); b.setName("B"); b.start(); ThreadB bb = new ThreadB(service); bb.setName("BB"); bb.start(); Thread.sleep(1000 * 30); } public class ThreadA extends Thread{ private MyConditionMoreService service; public ThreadA(MyConditionMoreService service){ this.service = service; } @Override public void run() { service.methodA(); }}public class ThreadB extends Thread{ private MyConditionMoreService service; public ThreadB(MyConditionMoreService service){ this.service = service; } @Override public void run() { super.run(); service.methodB(); }} |
結(jié)果如下：
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methodA begin ThreadName=A time=1485590913520methodA end ThreadName=A time=1485590918522methodA begin ThreadName=AA time=1485590918522methodA end ThreadName=AA time=1485590923525methodB begin ThreadName=B time=1485590923525methodB end ThreadName=B time=1485590928528methodB begin ThreadName=BB time=1485590928529methodB end ThreadName=BB time=1485590933533 |
可以看出Lock類加鎖確實(shí)是對(duì)象鎖。針對(duì)同一個(gè)lock對(duì)象執(zhí)行的lock.lock是獲得對(duì)象監(jiān)視器的線程才能執(zhí)行同步代碼 其他線程都要等待。
在這個(gè)例子中，加鎖，和釋放鎖都是在try-finally。這樣的好處是在任何異常發(fā)生的情況下，都能保障鎖的釋放。
Lock類其他的功能
如果Lock類只有l(wèi)ock和unlock方法也太簡單了，Lock類提供了豐富的加鎖的方法和對(duì)加鎖的情況判斷。主要有
- 實(shí)現(xiàn)鎖的公平
- 獲取當(dāng)前線程調(diào)用lock的次數(shù)，也就是獲取當(dāng)前線程鎖定的個(gè)數(shù)
- 獲取等待鎖的線程數(shù)
- 查詢指定的線程是否等待獲取此鎖定
- 查詢是否有線程等待獲取此鎖定
- 查詢當(dāng)前線程是否持有鎖定
- 判斷一個(gè)鎖是不是被線程持有
- 加鎖時(shí)如果中斷則不加鎖，進(jìn)入異常處理
- 嘗試加鎖，如果該鎖未被其他線程持有的情況下成功
實(shí)現(xiàn)公平鎖
在實(shí)例化鎖對(duì)象的時(shí)候，構(gòu)造方法有2個(gè)，一個(gè)是無參構(gòu)造方法，一個(gè)是傳入一個(gè)boolean變量的構(gòu)造方法。當(dāng)傳入值為true的時(shí)候，該鎖為公平鎖。默認(rèn)不傳參數(shù)是非公平鎖。
公平鎖：按照線程加鎖的順序來獲取鎖
非公平鎖：隨機(jī)競爭來得到鎖
此外，JAVA還提供isFair()來判斷一個(gè)鎖是不是公平鎖。
獲取當(dāng)前線程鎖定的個(gè)數(shù)
Java提供了getHoldCount()方法來獲取當(dāng)前線程的鎖定個(gè)數(shù)。所謂鎖定個(gè)數(shù)就是當(dāng)前線程調(diào)用lock方法的次數(shù)。一般一個(gè)方法只會(huì)調(diào)用一個(gè)lock方法，但是有可能在同步代碼中還有調(diào)用了別的方法，那個(gè)方法內(nèi)部有同步代碼。這樣，getHoldCount()返回值就是大于1。
下面的方法用來判斷等待鎖的情況
獲取等待鎖的線程數(shù)
Java提供了getQueueLength()方法來得到等待鎖釋放的線程的個(gè)數(shù)。
查詢指定的線程是否等待獲取此鎖定
Java提供了hasQueuedThread(Thread thread)查詢?cè)揟hread是否等待該lock對(duì)象的釋放。
查詢是否有線程等待獲取此鎖定
同樣，Java提供了一個(gè)簡單判斷是否有線程在等待鎖釋放即hasQueuedThreads()。
下面的方法用來判斷持有鎖的情況
查詢當(dāng)前線程是否持有鎖定
Java不僅提供了判斷是否有線程在等待鎖釋放的方法，還提供了是否當(dāng)前線程持有鎖即isHeldByCurrentThread()，判斷當(dāng)前線程是否有此鎖定。
判斷一個(gè)鎖是不是被線程持有
同樣，Java提供了簡單判斷一個(gè)鎖是不是被一個(gè)線程持有，即isLocked()
下面的方法用來實(shí)現(xiàn)多種方式加鎖
加鎖時(shí)如果中斷則不加鎖，進(jìn)入異常處理
Lock類提供了多種選擇的加鎖方法，lockInterruptibly()也可以實(shí)現(xiàn)加鎖，但是當(dāng)線程被中斷的時(shí)候，就會(huì)加鎖失敗，進(jìn)行異常處理階段。一般這種情況出現(xiàn)在該線程已經(jīng)被打上interrupted的標(biāo)記了。
嘗試加鎖，如果該鎖未被其他線程持有的情況下成功
Java提供了tryLock()方法來進(jìn)行嘗試加鎖，只有該鎖未被其他線程持有的基礎(chǔ)上，才會(huì)成功加鎖。
上面介紹了Lock類來實(shí)現(xiàn)代碼的同步處理，下面介紹Condition類來實(shí)現(xiàn)wait/notify機(jī)制。
Condition類
Condition是Java提供了來實(shí)現(xiàn)等待/通知的類，Condition類還提供比wait/notify更豐富的功能，Condition對(duì)象是由lock對(duì)象所創(chuàng)建的。但是同一個(gè)鎖可以創(chuàng)建多個(gè)Condition的對(duì)象，即創(chuàng)建多個(gè)對(duì)象監(jiān)視器。這樣的好處就是可以指定喚醒線程。notify喚醒的線程是隨機(jī)喚醒一個(gè)。
下面，看一個(gè)例子，顯示簡單的等待/通知
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public class ConditionWaitNotifyService { private Lock lock = new ReentrantLock(); public Condition condition = lock.newCondition(); public void await(){ try{ lock.lock(); System.out.println("await的時(shí)間為 " + System.currentTimeMillis()); condition.await(); System.out.println("await結(jié)束的時(shí)間" + System.currentTimeMillis()); }catch (Exception e){ e.printStackTrace(); }finally { lock.unlock(); } } public void signal(){ try{ lock.lock(); System.out.println("sign的時(shí)間為" + System.currentTimeMillis()); condition.signal(); }finally { lock.unlock(); } }} |
測試的代碼如下：
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ConditionWaitNotifyService service = new ConditionWaitNotifyService();new Thread(service::await).start();Thread.sleep(1000 * 3);service.signal();Thread.sleep(1000); |
結(jié)果如下：
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await的時(shí)間為 1485610107421sign的時(shí)間為1485610110423await結(jié)束的時(shí)間1485610110423 |
condition對(duì)象通過lock.newCondition()來創(chuàng)建，用condition.await（）來實(shí)現(xiàn)讓線程等待，是線程進(jìn)入阻塞。用condition.signal()來實(shí)現(xiàn)喚醒線程。喚醒的線程是用同一個(gè)conditon對(duì)象調(diào)用await()方法而進(jìn)入阻塞。并且和wait/notify一樣，await（）和signal（）也是在同步代碼區(qū)內(nèi)執(zhí)行。
此外看出await結(jié)束的語句是在獲取通知之后才執(zhí)行，確實(shí)實(shí)現(xiàn)了wait/notify的功能。下面這個(gè)例子是展示喚醒制定的線程。
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ConditionAllService service = new ConditionAllService();Thread a = new Thread(service::awaitA);a.setName("A");a.start();Thread b = new Thread(service::awaitB);b.setName("B");b.start();Thread.sleep(1000 * 3);service.signAAll();Thread.sleep(1000 * 4); |
結(jié)果如下：
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begin awaitA時(shí)間為 1485611065974ThreadName=Abegin awaitB時(shí)間為 1485611065975ThreadName=BsignAll的時(shí)間為1485611068979ThreadName=mainend awaitA時(shí)間為1485611068979ThreadName=A |
該結(jié)果確實(shí)展示用同一個(gè)condition對(duì)象來實(shí)現(xiàn)等待通知。
對(duì)于等待/通知機(jī)制，簡化而言，就是等待一個(gè)條件，當(dāng)條件不滿足時(shí)，就進(jìn)入等待，等條件滿足時(shí)，就通知等待的線程開始執(zhí)行。為了實(shí)現(xiàn)這種功能，需要進(jìn)行wait的代碼部分與需要進(jìn)行通知的代碼部分必須放在同一個(gè)對(duì)象監(jiān)視器里面。執(zhí)行才能實(shí)現(xiàn)多個(gè)阻塞的線程同步執(zhí)行代碼，等待與通知的線程也是同步進(jìn)行。對(duì)于wait/notify而言，對(duì)象監(jiān)視器與等待條件結(jié)合在一起 即synchronized（對(duì)象）利用該對(duì)象去調(diào)用wait以及notify。但是對(duì)于Condition類，是對(duì)象監(jiān)視器與條件分開，Lock類來實(shí)現(xiàn)對(duì)象監(jiān)視器，condition對(duì)象來負(fù)責(zé)條件，去調(diào)用await以及signal。
Condition類的其他功能
和wait類提供了一個(gè)最長等待時(shí)間，awaitUntil（Date deadline）在到達(dá)指定時(shí)間之后，線程會(huì)自動(dòng)喚醒。但是無論是await或者awaitUntil，當(dāng)線程中斷時(shí)，進(jìn)行阻塞的線程會(huì)產(chǎn)生中斷異常。Java提供了一個(gè)awaitUninterruptibly的方法，使即使線程中斷時(shí)，進(jìn)行阻塞的線程也不會(huì)產(chǎn)生中斷異常。
讀寫鎖
Lock類除了提供了ReentrantLock的鎖以外，還提供了ReentrantReadWriteLock的鎖。讀寫鎖分成兩個(gè)鎖，一個(gè)鎖是讀鎖，一個(gè)鎖是寫鎖。讀鎖與讀鎖之間是共享的，讀鎖與寫鎖之間是互斥的，寫鎖與寫鎖之間也是互斥的。
看下面的讀讀共享的例子：
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public class ReadReadService { private ReentrantReadWriteLock lock = new ReentrantReadWriteLock(); public void read(){ try{ try{ lock.readLock().lock(); System.out.println("獲得讀鎖" + Thread.currentThread().getName() + " " + System.currentTimeMillis()); Thread.sleep(1000 * 10); }finally { lock.readLock().unlock(); } }catch (InterruptedException e){ e.printStackTrace(); } }} |
測試的代碼和結(jié)果如下：
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ReadReadService service = new ReadReadService();Thread a = new Thread(service::read);a.setName("A");Thread b = new Thread(service::read);b.setName("B");a.start();b.start(); |
結(jié)果如下：
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獲得讀鎖A 1485614976979獲得讀鎖B 1485614976981 |
兩個(gè)線程幾乎同時(shí)執(zhí)行同步代碼。
下面的例子是寫寫互斥的例子
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public class WriteWriteService { private ReentrantReadWriteLock lock = new ReentrantReadWriteLock(); public void write(){ try{ try{ lock.writeLock().lock(); System.out.println("獲得寫鎖" + Thread.currentThread().getName() + " " +System.currentTimeMillis()); Thread.sleep(1000 * 10); }finally { lock.writeLock().unlock(); } }catch (InterruptedException e){ e.printStackTrace(); } }} |
測試代碼和結(jié)果如下：
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WriteWriteService service = new WriteWriteService();Thread a = new Thread(service::write);a.setName("A");Thread b = new Thread(service::write);b.setName("B");a.start();b.start();Thread.sleep(1000 * 30); |
結(jié)果如下：
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獲得寫鎖A 1485615316519獲得寫鎖B 1485615326524 |
兩個(gè)線程同步執(zhí)行代碼
讀寫互斥的例子：
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public class WriteReadService { private ReentrantReadWriteLock lock = new ReentrantReadWriteLock(); public void read(){ try{ try{ lock.readLock().lock(); System.out.println("獲得讀鎖" + Thread.currentThread().getName() + " " + System.currentTimeMillis()); Thread.sleep(1000 * 10); }finally { lock.readLock().unlock(); } }catch (InterruptedException e){ e.printStackTrace(); } } public void write(){ try{ try{ lock.writeLock().lock(); System.out.println("獲得寫鎖" + Thread.currentThread().getName() + " " + System.currentTimeMillis()); Thread.sleep(1000 * 10); }finally { lock.writeLock().unlock(); } }catch (InterruptedException e){ e.printStackTrace(); } }} |
測試的代碼如下：
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WriteReadService service = new WriteReadService();Thread a = new Thread(service::write);a.setName("A");a.start();Thread.sleep(1000);Thread b = new Thread(service::read);b.setName("B");b.start();Thread.sleep(1000 * 30); |
結(jié)果如下：
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獲得寫鎖A 1485615633790獲得讀鎖B 1485615643792 |
兩個(gè)線程讀寫之間也是同步執(zhí)行代碼。
總結(jié)
本文介紹了新的同步代碼的方式Lock類以及新的等待/通知機(jī)制的實(shí)現(xiàn)Condition類。本文只是很簡單的介紹了他們的概念和使用的方式。關(guān)于Condition以及讀寫鎖還有更多的內(nèi)容，將放在以后的博客中。
以上就是本文的全部內(nèi)容，希望本文的內(nèi)容對(duì)大家的學(xué)習(xí)或者工作能帶來一定的幫助，同時(shí)也希望多多支持服務(wù)器之家！
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