Java基础——深入理解ReentrantLock

一、简介


       在Java中通常实现锁有两种方式,一种是synchronized关键字,另一种是Lock。二者其实并没有什么必然联系,但是各有各的特点,在使用中可以进行取舍的使用。


二、ReentrantLock与synchronized的比较


相同点:

(1)ReentrantLock提供了synchronized类似的功能和内存语义。


不同点:

    (1)ReentrantLock功能性方面更全面,比如定时等候锁、可中断锁等候、锁投票等,因此更有扩展性。在多个条件变量和高度竞争锁的地方,用ReentrantLock更合适,ReentrantLock还提供了Condition,对线程的等待和唤醒等操作更加灵活,一个ReentrantLock可以有多个Condition实例,所以更有扩展性。

    (2)ReentrantLock 的性能比synchronized会好点。

    (3)ReentrantLock提供了可轮询的锁请求,他可以尝试的去取得锁,如果取得成功则继续处理,取得不成功,可以等下次运行的时候处理,所以不容易产生死锁,而synchronized则一旦进入锁请求要么成功,要么一直阻塞,所以更容易产生死锁。

    (4)对于使用者的直观体验上Lock是比较复杂的,需要lock和realse,通常需要在finally中进行锁的释放,否则,如果受保护的代码将抛出异常,就会产生死锁的问题,这一点区别看起来可能没什么,但是实际上,它极为重要。但是synchronized的使用十分简单,只需要对自己的方法或者关注的同步对象或类使用synchronized关键字即可,JVM 将确保锁会获得自动释放。但是对于锁的粒度控制比较粗,同时对于实现一些锁的状态的转移比较困难。

    (5) 当 JVM 用 synchronized 管理锁定请求和释放时,JVM 在生成线程转储时能够包括锁定信息。这些对调试非常有价值,因为它们能标识死锁或者其他异常行为的来源。 Lock 类只是普通的类,JVM 不知道具体哪个线程拥有 Lock 对象。


三、ReentrantLock


       java.util.concurrent.lock 中的 Lock 框架是锁定的一个抽象,它允许把锁定的实现作为 Java 类,而不是作为语言的特性来实现。这就为 Lock 的多种实现留下了空间,各种实现可能有不同的调度算法、性能特性或者锁定语义。 ReentrantLock 类实现了 Lock ,它拥有与 synchronized 相同的并发性和内存语义,但是添加了类似锁投票、定时锁等候和可中断锁等候的一些特性。此外,它还提供了在激烈争用情况下更佳的性能。(换句话说,当许多线程都想访问共享资源时,JVM 可以花更少的时候来调度线程,把更多时间用在执行线程上。)
       reentrant 锁意味着什么呢?简单来说,它有一个与锁相关的获取计数器,如果拥有锁的某个线程再次得到锁,那么获取计数器就加1,然后锁需要被释放两次才能获得真正释放。这模仿了 synchronized 的语义;如果线程进入由线程已经拥有的监控器保护的 synchronized 块,就允许线程继续进行,当线程退出第二个(或者后续) synchronized 块的时候,不释放锁,只有线程退出它进入的监控器保护的第一个 synchronized 块时,才释放锁。

1、实现可轮询的锁请求
       在内部锁中,死锁是致命的——唯一的恢复方法是重新启动程序,唯一的预防方法是在构建程序时不要出错。而可轮询的锁获取模式具有更完善的错误恢复机制,可以规避死锁的发生。 
       如果你不能获得所有需要的锁,那么使用可轮询的获取方式使你能够重新拿到控制权,它会释放你已经获得的这些锁,然后再重新尝试。可轮询的锁获取模式,由tryLock()方法实现。此方法仅在调用时锁为空闲状态才获取该锁。如果锁可用,则获取锁,并立即返回值true。如果锁不可用,则此方法将立即返回值false。此方法的典型使用语句如下: 

Lock lock = ...;   
if (lock.tryLock()) {   try {   // manipulate protected state   } finally {   lock.unlock();   }   
} else {   // perform alternative actions   
}   

2、实现可定时的锁请求
       当使用内部锁时,一旦开始请求,锁就不能停止了,所以内部锁给实现具有时限的活动带来了风险。为了解决这一问题,可以使用定时锁。当具有时限的活 动调用了阻塞方法,定时锁能够在时间预算内设定相应的超时。如果活动在期待的时间内没能获得结果,定时锁能使程序提前返回。可定时的锁获取模式,由tryLock(long, TimeUnit)方法实现。 

3、实现可中断的锁获取请求 
       可中断的锁获取操作允许在可取消的活动中使用。lockInterruptibly()方法能够使你获得锁的时候响应中断。

四、条件变量Condition

       条件变量很大一个程度上是为了解决Object.wait/notify/notifyAll难以使用的问题。

       条件(也称为条件队列 或条件变量)为线程提供了一个含义,以便在某个状态条件现在可能为 true 的另一个线程通知它之前,一直挂起该线程(即让其“等待”)。因为访问此共享状态信息发生在不同的线程中,所以它必须受保护,因此要将某种形式的锁与该条件相关联。等待提供一个条件的主要属性是:以原子方式 释放相关的锁,并挂起当前线程,就像 Object.wait 做的那样。

       上述API说明表明条件变量需要与锁绑定,而且多个Condition需要绑定到同一锁上。前面的Lock中提到,获取一个条件变量的方法是Lock.newCondition()。

void await() throws InterruptedException;  void awaitUninterruptibly();  long awaitNanos(long nanosTimeout) throws InterruptedException;  boolean await(long time, TimeUnit unit) throws InterruptedException;  boolean awaitUntil(Date deadline) throws InterruptedException;  void signal();  void signalAll(); 

       以上是Condition接口定义的方法,await*对应于Object.wait,signal对应于Object.notify,signalAll对应于Object.notifyAll。特别说明的是Condition的接口改变名称就是为了避免与Object中的wait/notify/notifyAll的语义和使用上混淆,因为Condition同样有wait/notify/notifyAll方法

       每一个Lock可以有任意数据的Condition对象,Condition是与Lock绑定的,所以就有Lock的公平性特性:如果是公平锁,线程为按照FIFO的顺序从Condition.await中释放,如果是非公平锁,那么后续的锁竞争就不保证FIFO顺序了。

一个使用Condition实现生产者消费者的模型例子如下。

import java.util.concurrent.locks.Condition;  
import java.util.concurrent.locks.Lock;  
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;  public class ProductQueue<T> {  private final T[] items;  private final Lock lock = new ReentrantLock();  private Condition notFull = lock.newCondition();  private Condition notEmpty = lock.newCondition();  //  private int head, tail, count;  public ProductQueue(int maxSize) {  items = (T[]) new Object[maxSize];  }  public ProductQueue() {  this(10);  }  public void put(T t) throws InterruptedException {  lock.lock();  try {  while (count == getCapacity()) {  notFull.await();  }  items[tail] = t;  if (++tail == getCapacity()) {  tail = 0;  }  ++count;  notEmpty.signalAll();  } finally {  lock.unlock();  }  }  public T take() throws InterruptedException {  lock.lock();  try {  while (count == 0) {  notEmpty.await();  }  T ret = items[head];  items[head] = null;//GC  //  if (++head == getCapacity()) {  head = 0;  }  --count;  notFull.signalAll();  return ret;  } finally {  lock.unlock();  }  }  public int getCapacity() {  return items.length;  }  public int size() {  lock.lock();  try {  return count;  } finally {  lock.unlock();  }  }  }  

       在这个例子中消费take()需要 队列不为空,如果为空就挂起(await()),直到收到notEmpty的信号;生产put()需要队列不满,如果满了就挂起(await()),直到收到notFull的信号。

       可能有人会问题,如果一个线程lock()对象后被挂起还没有unlock,那么另外一个线程就拿不到锁了(lock()操作会挂起),那么就无法通知(notify)前一个线程,这样岂不是“死锁”了?


1、await* 操作

       上一节中说过多次ReentrantLock是独占锁,一个线程拿到锁后如果不释放,那么另外一个线程肯定是拿不到锁,所以在lock.lock()lock.unlock()之间可能有一次释放锁的操作(同样也必然还有一次获取锁的操作)。我们再回头看代码,不管take()还是put(),在进入lock.lock()后唯一可能释放锁的操作就是await()了。也就是说await()操作实际上就是释放锁,然后挂起线程,一旦条件满足就被唤醒,再次获取锁!

public final void await() throws InterruptedException {  if (Thread.interrupted())  throw new InterruptedException();  Node node = addConditionWaiter();  int savedState = fullyRelease(node);  int interruptMode = 0;  while (!isOnSyncQueue(node)) {  LockSupport.park(this);  if ((interruptMode = checkInterruptWhileWaiting(node)) != 0)  break;  }  if (acquireQueued(node, savedState) && interruptMode != THROW_IE)  interruptMode = REINTERRUPT;  if (node.nextWaiter != null)  unlinkCancelledWaiters();  if (interruptMode != 0)  reportInterruptAfterWait(interruptMode);  
}  

       上面是await()的代码片段。上一节中说过,AQS在获取锁的时候需要有一个CHL的FIFO队列,所以对于一个Condition.await()而言,如果释放了锁,要想再一次获取锁那么就需要进入队列,等待被通知获取锁。完整的await()操作是安装如下步骤进行的:

  1. 将当前线程加入Condition锁队列。特别说明的是,这里不同于AQS的队列,这里进入的是Condition的FIFO队列。后面会具体谈到此结构。进行2。
  2. 释放锁。这里可以看到将锁释放了,否则别的线程就无法拿到锁而发生死锁。进行3。
  3. 自旋(while)挂起,直到被唤醒或者超时或者CACELLED等。进行4。
  4. 获取锁(acquireQueued)。并将自己从Condition的FIFO队列中释放,表明自己不再需要锁(我已经拿到锁了)。

       这里再回头介绍Condition的数据结构。我们知道一个Condition可以在多个地方被await*(),那么就需要一个FIFO的结构将这些Condition串联起来,然后根据需要唤醒一个或者多个(通常是所有)。所以在Condition内部就需要一个FIFO的队列。

private transient Node firstWaiter;  
private transient Node lastWaiter;  
       上面的两个节点就是描述一个FIFO的队列。我们再结合前面提到的节点(Node)数据结构。我们就发现Node.nextWaiter就派上用场了!nextWaiter就是将一系列的Condition.await*串联起来组成一个FIFO的队列。


2、signal/signalAll 操作


       await*()清楚了,现在再来看signal/signalAll就容易多了。按照signal/signalAll的需求,就是要将Condition.await*()中FIFO队列中第一个Node唤醒(或者全部Node)唤醒。尽管所有Node可能都被唤醒,但是要知道的是仍然只有一个线程能够拿到锁,其它没有拿到锁的线程仍然需要自旋等待,就上上面提到的第4步(acquireQueued)。

private void doSignal(Node first) {  do {  if ( (firstWaiter = first.nextWaiter) == null)  lastWaiter = null;  first.nextWaiter = null;  } while (!transferForSignal(first) &&  (first = firstWaiter) != null);  
}  private void doSignalAll(Node first) {  lastWaiter = firstWaiter  = null;  do {  Node next = first.nextWaiter;  first.nextWaiter = null;  transferForSignal(first);  first = next;  } while (first != null);  
}  

       上面的代码很容易看出来,signal就是唤醒Condition队列中的第一个非CANCELLED节点线程,而signalAll就是唤醒所有非CANCELLED节点线程。当然了遇到CANCELLED线程就需要将其从FIFO队列中剔除。

final boolean transferForSignal(Node node) {  if (!compareAndSetWaitStatus(node, Node.CONDITION, 0))  return false;  Node p = enq(node);  int c = p.waitStatus;  if (c > 0 || !compareAndSetWaitStatus(p, c, Node.SIGNAL))  LockSupport.unpark(node.thread);  return true;  
}  
       上面就是唤醒一个 await*() 线程的过程,根据前面的小节介绍的,如果要 unpark 线程,并使线程拿到锁,那么就需要线程节点进入 AQS 的队列。所以可以看到在 LockSupport.unpark 之前调用了 enq(node) 操作,将当前节点加入到 AQS 队列。



本文来自互联网用户投稿,该文观点仅代表作者本人,不代表本站立场。本站仅提供信息存储空间服务,不拥有所有权,不承担相关法律责任。如若转载,请注明出处:http://www.mzph.cn/news/446969.shtml

如若内容造成侵权/违法违规/事实不符,请联系多彩编程网进行投诉反馈email:809451989@qq.com,一经查实,立即删除!

相关文章

使用开源的openssl的md5头文件,实现对于文件的md5代码

需要安装openssl的库 sudo apt-get install opensslsudo apt-get install libssl-dev参考链接 代码 #include "openssl/md5.h" #include <iostream> #include <fstream> #include <iomanip>//#define MAX_DATA_BUFF 1024; //#define MD5_LENGTH…

Android 多进程开发

前言正常情况下&#xff0c;一个apk启动后只会运行在一个进程中&#xff0c;其进程名为AndroidManifest.xml文件中指定的应用包名&#xff0c;所有的基本组件都会在这个进程中运行。但是如果需要将某些组件&#xff08;如Service、Activity等&#xff09;运行在单独的进程中&am…

clion中链接openssl库

错误显示 前提条件 apt-get install opensslapt-get install openssl-dev 解决办法 在CMakeLists.txt文件中加入如下命令link_libraries(crypto) 参考链接 无法将openssl库链接到CLion C 程序c - 无法将openssl库链接到CLion C程序

Java中String、StringBuffer、StringBuilder三者的区别

一、简介String、StringBuffer、StringBuilder三个类之间的区别主要是在两个方面&#xff1a;运行速度和线程安全。二、区别1、运行速度&#xff0c;或者说是执行速度在这方面运行速度快慢为&#xff1a;StringBuilder > StringBuffer > String StringString为字符串常量…

Ubuntu环境下,使用clion编译器,使用开源opensll的对称AES算法对于文件进行加密,C++代码

前提准备条件 需要安装openssl需要安装openssl-dev需要配置CMakeLists.txt文件集体内容可以参考我提供的相关参考链接 AES_file.h #include <openssl/aes.h> #include <iostream> #include <fstream> #include <cstring>#define RELEASE_ARRAY(P) if…

Java提高篇 —— Java关键字之static的四种用法

一、前言 在java的关键字中&#xff0c;static和final是两个我们必须掌握的关键字。不同于其他关键字&#xff0c;他们都有多种用法&#xff0c;而且在一定环境下使用&#xff0c;可以提高程序的运行性能&#xff0c;优化程序的结构。下面我们先来了解一下static关键字及其用法…

C++ 使用move来删除用户指定的文件

代码 #include <iostream>bool remove_file(std::string path){if (remove(path.c_str())0){std::cout << "success!" << std::endl;}else{std::cout << "False!" << std::endl;} } int main() {std::string path "/…

Java提高篇 —— Java关键字之final的几种用法

一、前言 在java的关键字中&#xff0c;static和final是两个我们必须掌握的关键字。不同于其他关键字&#xff0c;他们都有多种用法&#xff0c;而且在一定环境下使用&#xff0c;可以提高程序的运行性能&#xff0c;优化程序的结构。下面我们来了解一下final关键字及其用法。 …

使用C++的方式实现AES算法

aes_file.h #include <iostream> #include <fstream> #include <bitset> #include <string> using namespace std; typedef bitset<8> byte; typedef bitset<32> word;const int Nr 10; // AES-128需要 10 轮加密 const int Nk 4; /…

Java提高篇 —— Java三大特性之封装

一、封装 封装从字面上来理解就是包装的意思&#xff0c;专业点就是信息隐藏&#xff0c;是指利用抽象数据类型将数据和基于数据的操作封装在一起&#xff0c;使其构成一个不可分割的独立实体&#xff0c;数据被保护在抽象数据类型的内部&#xff0c;尽可能地隐藏内部的细节&am…

sqlite3的backup和restore函数的使用

参考代码 第一段这个亲测可以使用 #include <sqlite3.h> #include <iostream> /* ** Perform an online backup of database pDb to the database file named ** by zFilename. This function copies 5 database pages from pDb to ** zFilename, then unlocks pD…

Java提高篇 —— Java三大特性之继承

一、前言 在《Think in java》中有这样一句话&#xff1a;复用代码是Java众多引人注目的功能之一。但要想成为极具革命性的语言&#xff0c;仅仅能够复制代码并对加以改变是不够的&#xff0c;它还必须能够做更多的事情。在这句话中最引人注目的是“复用代码”,尽可能的复用代码…

Java提高篇 —— Java三大特性之多态

一、前言 面向对象编程有三大特性&#xff1a;封装、继承、多态。 封装&#xff1a;隐藏了类的内部实现机制&#xff0c;可以在不影响使用的情况下改变类的内部结构&#xff0c;同时也保护了数据。对外界而已它的内部细节是隐藏的&#xff0c;暴露给外界的只是它的访问方法。 继…

光盘刻录制作Ubuntu等操作系统的启动盘

前提条件 软媒刻录 空白光盘&#xff08;至少4.7G&#xff09;电脑&#xff08;最好使用外置的光驱&#xff09;系统镜像&#xff08;ISO格式&#xff09; 具体操作 打开软媒魔方选择光盘刻录按照标红的进行选择选择镜像->选择或者拖拽都可以选择刻录机->如果使用外部刻…

Java提高篇 —— 抽象类与接口

一、前言 接口和内部类为我们提供了一种将接口与实现分离的更加结构化的方法。 抽象类与接口是java语言中对抽象概念进行定义的两种机制&#xff0c;正是由于他们的存在才赋予java强大的面向对象的能力。他们两者之间对抽象概念的支持有很大的相似&#xff0c;甚至可以互换&…

C++ const相关内容学习

const 作用 修饰变量&#xff0c;说明变量不可以被修改修饰指针&#xff0c;分为指向常量的指针&#xff08;pointer to const&#xff09;和自身是常量的指针&#xff08;常量指针&#xff0c;const pointer&#xff09;修饰引用&#xff0c;指向常量的引用&#xff08;refe…

Java提高篇 —— Java浅拷贝和深拷贝

一、前言 我们知道在Java中存在这个接口Cloneable&#xff0c;实现该接口的类都会具备被拷贝的能力&#xff0c;同时拷贝是在内存中进行&#xff0c;在性能方面比我们直接通过new生成对象来的快&#xff0c;特别是在大对象的生成上&#xff0c;使得性能的提升非常明显。然而我们…

openssl里面AES算法主要函数的参数的介绍

注意事项 使用API的时候&#xff0c;需要特别小心数据长度&#xff0c;一般没有指定长度的参数&#xff0c;默认都是16&#xff08;AES_BLOCK_SIZE&#xff09;个字节。输出数据的长度一般都是16字节的倍数&#xff0c;否则会出现数组越界访问。以下API中&#xff0c;encrypt表…

Java提高篇 —— Java内部类详解

一、简介 内部类是一个非常有用的特性但又比较难理解使用的特性。 内部类我们从外面看是非常容易理解的&#xff0c;无非就是在一个类的内部在定义一个类。 public class OuterClass {private String name ;private int age;public String getName() {return name;}public voi…

Ubuntu修改界面的大小

命令 xrandr 就会显示ubuntu支持的屏幕比例使用命令 xrandr --size 1680x1050 切换屏幕大小