这里有新鲜出炉的Java设计模式,程序狗速度看过来!
java 是一种可以撰写跨平台应用软件的面向对象的程序设计语言,是由Sun Microsystems公司于1995年5月推出的Java程序设计语言和Java平台(即JavaEE(j2ee), JavaME(j2me), JavaSE(j2se))的总称。
Java多线程并发的程序中使用互斥锁有synchronized和ReentrantLock两种方式,这里我们来详解Java多线程编程中互斥锁ReentrantLock类的用法:
0.关于互斥锁
所谓互斥锁, 指的是一次最多只能有一个线程持有的锁. 在jdk1.5之前, 我们通常使用synchronized机制控制多个线程对共享资源的访问. 而现在, Lock提供了比synchronized机制更广泛的锁定操作, Lock和synchronized机制的主要区别:
synchronized机制提供了对与每个对象相关的隐式监视器锁的访问, 并强制所有锁获取和释放均要出现在一个块结构中, 当获取了多个锁时, 它们必须以相反的顺序释放. synchronized机制对锁的释放是隐式的, 只要线程运行的代码超出了synchronized语句块范围, 锁就会被释放. 而Lock机制必须显式的调用Lock对象的unlock()方法才能释放锁, 这为获取锁和释放锁不出现在同一个块结构中, 以及以更自由的顺序释放锁提供了可能。
1. ReentrantLock介绍
ReentrantLock是一个可重入的互斥锁,又被称为“独占锁”。
顾名思义,ReentrantLock锁在同一个时间点只能被一个线程锁持有;而可重入的意思是,ReentrantLock锁,可以被单个线程多次获取。
ReentrantLock分为“公平锁”和“非公平锁”。它们的区别体现在获取锁的机制上是否公平。“锁”是为了保护竞争资源,防止多个线程同时操作线程而出错,ReentrantLock在同一个时间点只能被一个线程获取(当某线程获取到“锁”时,其它线程就必须等待);ReentraantLock是通过一个FIFO的等待队列来管理获取该锁所有线程的。在“公平锁”的机制下,线程依次排队获取锁;而“非公平锁”在锁是可获取状态时,不管自己是不是在队列的开头都会获取锁。
ReentrantLock函数列表
- // 创建一个 ReentrantLock ,默认是“非公平锁”。
- ReentrantLock()
- // 创建策略是fair的 ReentrantLock。fair为true表示是公平锁,fair为false表示是非公平锁。
- ReentrantLock(boolean fair)
- // 查询当前线程保持此锁的次数。
- int getHoldCount()
- // 返回目前拥有此锁的线程,如果此锁不被任何线程拥有,则返回 null。
- protected Thread getOwner()
- // 返回一个 collection,它包含可能正等待获取此锁的线程。
- protected Collection < Thread > getQueuedThreads()
- // 返回正等待获取此锁的线程估计数。
- int getQueueLength()
- // 返回一个 collection,它包含可能正在等待与此锁相关给定条件的那些线程。
- protected Collection < Thread > getWaitingThreads(Condition condition)
- // 返回等待与此锁相关的给定条件的线程估计数。
- int getWaitQueueLength(Condition condition)
- // 查询给定线程是否正在等待获取此锁。
- boolean hasQueuedThread(Thread thread)
- // 查询是否有些线程正在等待获取此锁。
- boolean hasQueuedThreads()
- // 查询是否有些线程正在等待与此锁有关的给定条件。
- boolean hasWaiters(Condition condition)
- // 如果是“公平锁”返回true,否则返回false。
- boolean isFair()
- // 查询当前线程是否保持此锁。
- boolean isHeldByCurrentThread()
- // 查询此锁是否由任意线程保持。
- boolean isLocked()
- // 获取锁。
- void lock()
- // 如果当前线程未被中断,则获取锁。
- void lockInterruptibly()
- // 返回用来与此 Lock 实例一起使用的 Condition 实例。
- Condition newCondition()
- // 仅在调用时锁未被另一个线程保持的情况下,才获取该锁。
- boolean tryLock()
- // 如果锁在给定等待时间内没有被另一个线程保持,且当前线程未被中断,则获取该锁。
- boolean tryLock(long timeout, TimeUnit unit)
- // 试图释放此锁。
- void unlock()
2. ReentrantLock示例
通过对比“示例1”和“示例2”,我们能够清晰的认识lock和unlock的作用
2.1 示例1
- import java.util.concurrent.locks.Lock;
- import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
- // LockTest1.java
- // 仓库
- class Depot {
- private int size; // 仓库的实际数量
- private Lock lock; // 独占锁
- public Depot() {
- this.size = 0;
- this.lock = new ReentrantLock();
- }
- public void produce(int val) {
- lock.lock();
- try {
- size += val;
- System.out.printf("%s produce(%d) --> size=%d\n", Thread.currentThread().getName(), val, size);
- } finally {
- lock.unlock();
- }
- }
- public void consume(int val) {
- lock.lock();
- try {
- size -= val;
- System.out.printf("%s consume(%d) <-- size=%d\n", Thread.currentThread().getName(), val, size);
- } finally {
- lock.unlock();
- }
- }
- };
- // 生产者
- class Producer {
- private Depot depot;
- public Producer(Depot depot) {
- this.depot = depot;
- }
- // 消费产品:新建一个线程向仓库中生产产品。
- public void produce(final int val) {
- new Thread() {
- public void run() {
- depot.produce(val);
- }
- }.start();
- }
- }
- // 消费者
- class Customer {
- private Depot depot;
- public Customer(Depot depot) {
- this.depot = depot;
- }
- // 消费产品:新建一个线程从仓库中消费产品。
- public void consume(final int val) {
- new Thread() {
- public void run() {
- depot.consume(val);
- }
- }.start();
- }
- }
- public class LockTest1 {
- public static void main(String[] args) {
- Depot mDepot = new Depot();
- Producer mPro = new Producer(mDepot);
- Customer mCus = new Customer(mDepot);
- mPro.produce(60);
- mPro.produce(120);
- mCus.consume(90);
- mCus.consume(150);
- mPro.produce(110);
- }
- }
运行结果:
- Thread-0 produce(60) --> size=60
- Thread-1 produce(120) --> size=180
- Thread-3 consume(150) <-- size=30
- Thread-2 consume(90) <-- size=-60
- Thread-4 produce(110) --> size=50
结果分析:
(1) Depot 是个仓库。通过produce()能往仓库中生产货物,通过consume()能消费仓库中的货物。通过独占锁lock实现对仓库的互斥访问:在操作(生产/消费)仓库中货品前,会先通过lock()锁住仓库,操作完之后再通过unlock()解锁。
(2) Producer是生产者类。调用Producer中的produce()函数可以新建一个线程往仓库中生产产品。
(3) Customer是消费者类。调用Customer中的consume()函数可以新建一个线程消费仓库中的产品。
(4) 在主线程main中,我们会新建1个生产者mPro,同时新建1个消费者mCus。它们分别向仓库中生产/消费产品。
根据main中的生产/消费数量,仓库最终剩余的产品应该是50。运行结果是符合我们预期的!
这个模型存在两个问题:
(1) 现实中,仓库的容量不可能为负数。但是,此模型中的仓库容量可以为负数,这与现实相矛盾!
(2) 现实中,仓库的容量是有限制的。但是,此模型中的容量确实没有限制的!
这两个问题,我们稍微会讲到如何解决。现在,先看个简单的示例2;通过对比“示例1”和“示例2”,我们能更清晰的认识lock(),unlock()的用途。
2.2 示例2
- import java.util.concurrent.locks.Lock;
- import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
- // LockTest2.java
- // 仓库
- class Depot {
- private int size; // 仓库的实际数量
- private Lock lock; // 独占锁
- public Depot() {
- this.size = 0;
- this.lock = new ReentrantLock();
- }
- public void produce(int val) {
- // lock.lock();
- // try {
- size += val;
- System.out.printf("%s produce(%d) --> size=%d\n", Thread.currentThread().getName(), val, size);
- // } catch (InterruptedException e) {
- // } finally {
- // lock.unlock();
- // }
- }
- public void consume(int val) {
- // lock.lock();
- // try {
- size -= val;
- System.out.printf("%s consume(%d) <-- size=%d\n", Thread.currentThread().getName(), val, size);
- // } finally {
- // lock.unlock();
- // }
- }
- };
- // 生产者
- class Producer {
- private Depot depot;
- public Producer(Depot depot) {
- this.depot = depot;
- }
- // 消费产品:新建一个线程向仓库中生产产品。
- public void produce(final int val) {
- new Thread() {
- public void run() {
- depot.produce(val);
- }
- }.start();
- }
- }
- // 消费者
- class Customer {
- private Depot depot;
- public Customer(Depot depot) {
- this.depot = depot;
- }
- // 消费产品:新建一个线程从仓库中消费产品。
- public void consume(final int val) {
- new Thread() {
- public void run() {
- depot.consume(val);
- }
- }.start();
- }
- }
- public class LockTest2 {
- public static void main(String[] args) {
- Depot mDepot = new Depot();
- Producer mPro = new Producer(mDepot);
- Customer mCus = new Customer(mDepot);
- mPro.produce(60);
- mPro.produce(120);
- mCus.consume(90);
- mCus.consume(150);
- mPro.produce(110);
- }
- }
(某一次)运行结果:
- Thread-0 produce(60) --> size=-60
- Thread-4 produce(110) --> size=50
- Thread-2 consume(90) <-- size=-60
- Thread-1 produce(120) --> size=-60
- Thread-3 consume(150) <-- size=-60
结果说明:
“示例2”在“示例1”的基础上去掉了lock锁。在“示例2”中,仓库中最终剩余的产品是-60,而不是我们期望的50。原因是我们没有实现对仓库的互斥访问。
2.3 示例3
在“示例3”中,我们通过Condition去解决“示例1”中的两个问题:“仓库的容量不可能为负数”以及“仓库的容量是有限制的”。
解决该问题是通过Condition。Condition是需要和Lock联合使用的:通过Condition中的await()方法,能让线程阻塞[类似于wait()];通过Condition的signal()方法,能让唤醒线程[类似于notify()]。
- import java.util.concurrent.locks.Lock;
- import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
- import java.util.concurrent.locks.Condition;
- // LockTest3.java
- // 仓库
- class Depot {
- private int capacity; // 仓库的容量
- private int size; // 仓库的实际数量
- private Lock lock; // 独占锁
- private Condition fullCondtion; // 生产条件
- private Condition emptyCondtion; // 消费条件
- public Depot(int capacity) {
- this.capacity = capacity;
- this.size = 0;
- this.lock = new ReentrantLock();
- this.fullCondtion = lock.newCondition();
- this.emptyCondtion = lock.newCondition();
- }
- public void produce(int val) {
- lock.lock();
- try {
- // left 表示“想要生产的数量”(有可能生产量太多,需多此生产)
- int left = val;
- while (left > 0) {
- // 库存已满时,等待“消费者”消费产品。
- while (size >= capacity) fullCondtion.await();
- // 获取“实际生产的数量”(即库存中新增的数量)
- // 如果“库存”+“想要生产的数量”>“总的容量”,则“实际增量”=“总的容量”-“当前容量”。(此时填满仓库)
- // 否则“实际增量”=“想要生产的数量”
- int inc = (size + left) > capacity ? (capacity - size) : left;
- size += inc;
- left -= inc;
- System.out.printf("%s produce(=) --> left==, inc==, size==\n", Thread.currentThread().getName(), val, left, inc, size);
- // 通知“消费者”可以消费了。
- emptyCondtion.signal();
- }
- } catch(InterruptedException e) {} finally {
- lock.unlock();
- }
- }
- public void consume(int val) {
- lock.lock();
- try {
- // left 表示“客户要消费数量”(有可能消费量太大,库存不够,需多此消费)
- int left = val;
- while (left > 0) {
- // 库存为0时,等待“生产者”生产产品。
- while (size <= 0) emptyCondtion.await();
- // 获取“实际消费的数量”(即库存中实际减少的数量)
- // 如果“库存”<“客户要消费的数量”,则“实际消费量”=“库存”;
- // 否则,“实际消费量”=“客户要消费的数量”。
- int dec = (size < left) ? size: left;
- size -= dec;
- left -= dec;
- System.out.printf("%s consume(=) <-- left==, dec==, size==\n", Thread.currentThread().getName(), val, left, dec, size);
- fullCondtion.signal();
- }
- } catch(InterruptedException e) {} finally {
- lock.unlock();
- }
- }
- public String toString() {
- return "capacity:" + capacity + ", actual size:" + size;
- }
- };
- // 生产者
- class Producer {
- private Depot depot;
- public Producer(Depot depot) {
- this.depot = depot;
- }
- // 消费产品:新建一个线程向仓库中生产产品。
- public void produce(final int val) {
- new Thread() {
- public void run() {
- depot.produce(val);
- }
- }.start();
- }
- }
- // 消费者
- class Customer {
- private Depot depot;
- public Customer(Depot depot) {
- this.depot = depot;
- }
- // 消费产品:新建一个线程从仓库中消费产品。
- public void consume(final int val) {
- new Thread() {
- public void run() {
- depot.consume(val);
- }
- }.start();
- }
- }
- public class LockTest3 {
- public static void main(String[] args) {
- Depot mDepot = new Depot(100);
- Producer mPro = new Producer(mDepot);
- Customer mCus = new Customer(mDepot);
- mPro.produce(60);
- mPro.produce(120);
- mCus.consume(90);
- mCus.consume(150);
- mPro.produce(110);
- }
- }
(某一次)运行结果:
- Thread-0 produce( 60) --> left= 0, inc= 60, size= 60
- Thread-1 produce(120) --> left= 80, inc= 40, size=100
- Thread-2 consume( 90) <-- left= 0, dec= 90, size= 10
- Thread-3 consume(150) <-- left=140, dec= 10, size= 0
- Thread-4 produce(110) --> left= 10, inc=100, size=100
- Thread-3 consume(150) <-- left= 40, dec=100, size= 0
- Thread-4 produce(110) --> left= 0, inc= 10, size= 10
- Thread-3 consume(150) <-- left= 30, dec= 10, size= 0
- Thread-1 produce(120) --> left= 0, inc= 80, size= 80
- Thread-3 consume(150) <-- left= 0, dec= 30, size= 50
来源: http://www.phperz.com/article/17/1114/360455.html