ReentrantLock

文章目录

    • 1. 简介
    • 2. 可重入
    • 3. 可中断
    • 4. 锁超时
    • 5. 使用可重入锁解决哲学家就餐问题
    • 6. 公平锁
    • 7. 条件变量

1. 简介

ReentrantLock也称为可重入锁，相对于synchronized它有如下特点：

  • 可中断：synchronized获取了锁，除非线程自己结束，中途是不能取消锁的使用的
  • 可以设置超时时间：synchronized等待锁的线程在管程的Entry-List中等待，直到获取锁，但ReentrantLock可以设置超时时间，如果超过了等待时间，线程可以结束等待过程
  • 可以设置公平锁：公平锁可以防止饥饿
  • 可以支持多个条件变量：所以条件变量就是管程的wait-set，synchronized只有一个wait-set而ReentrantLock可以根据不同的等待条件设置多个wait-set
    与Synchronized一样，都支持可重入

基本语法

//获取锁
reentrantLock.lock();
try{//临界区
}finally{//释放锁reentrantLock.unlock();
}

2. 可重入

可重入是指同一个线程如果首次获得了这把锁，那么因为它是这把锁的拥有者，因此有权利再次获取这把锁。如果是不可重入锁，那么第二次获取锁时，自己也会被锁拦住。

@Slf4j
public class Hello{private static ReentrantLock reentrantLock=new ReentrantLock();public static void main(String[] args){//获取锁reentrantLock.lock();try {log.debug("进入主方法");//再次获取锁m1();}finally {reentrantLock.unlock();}}public static void m1(){reentrantLock.lock();try {log.debug("进入m2");m2();}finally {reentrantLock.unlock();}}public static void m2(){reentrantLock.lock();try {log.debug("进入m3");}finally {reentrantLock.unlock();}}}final class Chopsticks{String name;public Chopsticks(String name){this.name=name;}@Overridepublic String toString() {return "chopsticks{" +"name='" + name + '\'' +'}';}
}

在这里插入图片描述
所以ReentrantLock是可重入的

3. 可中断

ReentrantLock中的lockInterruptibly()方法使得线程可以在被阻塞时响应中断，比如一个线程t1通过lockInterruptibly()方法获取到一个可重入锁，并执行一个长时间的任务，另一个线程通过interrupt()方法就可以立刻打断t1线程的执行，来获取t1持有的那个可重入锁。而通过ReentrantLock的lock()方法或者Synchronized持有锁的线程是不会响应其他线程的interrupt()方法的，直到该方法主动释放锁之后才会响应interrupt()方法。

下面演示了lockInterruptibly()的使用

public class Hello{private static ReentrantLock reentrantLock=new ReentrantLock();public static void main(String[] args){Thread t1=new Thread(()->{try{log.debug("尝试获取锁");reentrantLock.lockInterruptibly();} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();log.debug("没有获取锁");return;} try {log.debug("获取锁成功");}finally {reentrantLock.unlock();}},"线程1");t1.start();}
}

下面模拟有其它线程打断的情况

@Slf4j
public class Hello{private static ReentrantLock reentrantLock=new ReentrantLock();public static void main(String[] args){Thread t1=new Thread(()->{try{Thread.sleep(1000);log.debug("尝试获取锁");reentrantLock.lockInterruptibly();} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();log.debug("没有获取锁");return;}try {log.debug("获取锁成功");}finally {reentrantLock.unlock();}},"线程1");t1.start();Thread t2=new Thread(()->{reentrantLock.lock();try {Thread.sleep(1000);} catch (InterruptedException e) {throw new RuntimeException(e);}t1.interrupt();},"线程2");t2.start();}
}

可以发现t2打断了t1无限制等待锁，这种机制可以避免死锁的发生（注意通过lock方法获取的锁是不可打断的）

4. 锁超时

ReentrantLock还具备锁超时的能力，调用tryLock(long timeout, TimeUnit unit)方法，在给定时间内获取锁，获取不到就退出，这也是synchronized没有的功能。
方式一

@Slf4j
public class Hello{private static ReentrantLock reentrantLock=new ReentrantLock();public static void main(String[] args){Thread t1=new Thread(()->{//尝试获取锁if (!reentrantLock.tryLock()) {log.debug("获取不到锁");return;}try {log.debug("获得锁了");}finally {reentrantLock.unlock();}},"线程1");reentrantLock.lock();log.debug("获取到锁了");t1.start();}
}

在这里插入图片描述
方式二

@Slf4j
public class Hello{private static ReentrantLock reentrantLock=new ReentrantLock();public static void main(String[] args) throws InterruptedException {Thread t1=new Thread(()->{//尝试获取锁try {if (!reentrantLock.tryLock(1, TimeUnit.SECONDS)) {log.debug("获取不到锁:{}",System.currentTimeMillis());return;}} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}try {log.debug("获得锁了:{}",System.currentTimeMillis());}finally {reentrantLock.unlock();}},"线程1");reentrantLock.lock();log.debug("获取到锁:{}",System.currentTimeMillis());Thread.sleep(500);reentrantLock.unlock();t1.start();}
}

在这里插入图片描述

5. 使用可重入锁解决哲学家就餐问题

哲学家就餐问题
解决哲学家就餐问题的一种思路就是让哲学家按照顺序拿到筷子，即顺序加锁。但这种方式带来的问题就是，可能让有些线程陷入到饥饿状态，这里我们使用ReentrantLock来解决哲学家问题时，就是让每个哲学家等待筷子时有一点的时间，如果在指定时间内没有获取到筷子，就放弃手里的筷子，然后进入思考状态。具体代码实现如下：

@Slf4j
public class Hello{public static void main(String[] args){Chopsticks c1=new Chopsticks("筷子1");Chopsticks c2=new Chopsticks("筷子2");Chopsticks c3=new Chopsticks("筷子3");Chopsticks c4=new Chopsticks("筷子4");Chopsticks c5=new Chopsticks("筷子5");new Philosopher(c1,c2,"哲学家1").start();new Philosopher(c2,c3,"哲学家2").start();new Philosopher(c3,c4,"哲学家3").start();new Philosopher(c4,c5,"哲学家4").start();new Philosopher(c5,c1,"哲学家5").start();}}final class Chopsticks extends ReentrantLock{String name;public Chopsticks(String name){this.name=name;}@Overridepublic String toString() {return "chopsticks{" +"name='" + name + '\'' +'}';}
}@Slf4j
final class Philosopher extends Thread{Chopsticks left;Chopsticks right;@Overridepublic void run() {while(true){if (left.tryLock()) {try{if (right.tryLock()) {try{log.debug("eat");}finally {right.unlock();}}}finally {left.unlock();}}}}public void eat() throws InterruptedException {log.debug("两只筷子都有了，开始吃了");Thread.sleep(1000);}public Philosopher(Chopsticks left, Chopsticks right,String name){super(name);this.left=left;;this.right=right;}}

从结果可以看出，所有的哲学家都吃到了饭，且不会陷入死锁状态。

6. 公平锁

我们知道在sychronized锁住一个对象时，其它线程只能在管程中的Entry-list中被阻塞等待。当释放锁时，会随机选择一个等待线程执行。这种不考虑先来后到的情况就是说明这种锁时不公平的。ReentranLokc默认是一种不公平锁，如下：

public class Hello{private static ReentrantLock reentrantLock=new ReentrantLock();public static void main(String[] args) throws InterruptedException {//主线程获取锁reentrantLock.lock();for (int i = 0; i < 5; i++) {new Thread(()->{//尝试获取锁try {reentrantLock.lock();log.info("获取到锁了");}finally {reentrantLock.unlock();}},"t"+i).start();}Thread.sleep(1000);reentrantLock.unlock();}}

在这里插入图片描述
由锁的获取顺序可以知道，ReetranLock不是公平锁

我们可以通过创建ReentranLock时闯入一个boolean指来表示是否开启公平锁功能。

@Slf4j
public class Hello{private static ReentrantLock reentrantLock=new ReentrantLock(true);public static void main(String[] args) throws InterruptedException {//主线程获取锁reentrantLock.lock();for (int i = 0; i < 5; i++) {new Thread(()->{//尝试获取锁try {Thread.sleep(100);reentrantLock.lock();log.info("获取到锁了");} catch (InterruptedException e) {throw new RuntimeException(e);} finally {reentrantLock.unlock();}},"t"+i).start();}Thread.sleep(1000);reentrantLock.unlock();}}

公平锁设计的初衷时解决线程饥饿问题，但这个问题使用tryLock()解决效果更好，公平锁一般没有必要，会降低并发度。

7. 条件变量

synchronized中也有条件变量，就是Monitor锁中的waitSet，当条件不满足时线程进入waitSet等待，ReetranLock的条件变量比synchronized强大之处在于，它时支持多个条件变量的：

  • synchronized就是那些不满足条件的线程都在一个waitset中等待
  • ReetranLock支持多个waitset，根据不同的条件会有不同的waitset

使用流程

  • await前获得锁
  • await执行后，会释放锁，进入conditionObject等待
  • await的线程被唤醒（或打断、或超时）去重新竞争锁
  • 竞争锁成功后，从await后面代码继续执行

下面用代码演示：

public static void main(String[] args) throws InterruptedException {//创建两个条件变量Condition condition1 = reentrantLock.newCondition();Condition condition2 = reentrantLock.newCondition();reentrantLock.lock();condition1.await();//唤醒condition1中的某个线程condition1.signal();//唤醒condition1中的所有线程condition1.signalAll();}

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