Java 多執行緒併發程式設計之互斥鎖 Reentrant Lock
Java 中的鎖通常分為兩種：
- 通過關鍵字 synchronized 獲取的鎖，我們稱為同步鎖，上一篇有介紹到：Java 多執行緒併發程式設計 Synchronized 關鍵字。
- java.util.concurrent（JUC）包裡的鎖，如通過繼承介面 Lock 而實現的 ReentrantLock（互斥鎖），繼承 ReadWriteLock 實現的 ReentrantReadWriteLock（讀寫鎖）。
本篇主要介紹 ReentrantLock（互斥鎖）。
ReentrantLock（互斥鎖）
ReentrantLock 互斥鎖，在同一時間只能被一個執行緒所佔有，在被持有後並未釋放之前，其他執行緒若想獲得該鎖只能等待或放棄。
ReentrantLock 互斥鎖是可重入鎖，即某一執行緒可多次獲得該鎖。
公平鎖 and 非公平鎖
public ReentrantLock() {
sync = new NonfairSync();
}
public ReentrantLock(boolean fair) {
sync = fair ? new FairSync() : new NonfairSync();
}
由 ReentrantLock 的建構函式可見，在例項化 ReentrantLock 的時候我們可以選擇例項化一個公平鎖或非公平鎖，而預設會構造一個非公平鎖。
公平鎖與非公平鎖區別在於競爭鎖時的有序與否。公平鎖可確保有序性（FIFO 佇列），非公平鎖不能確保有序性（即使也有 FIFO 佇列）。
然而，公平是要付出代價的，公平鎖比非公平鎖要耗效能，所以在非必須確保公平的條件下，一般使用非公平鎖可提高吞吐率。所以 ReentrantLock 預設的建構函式也是“不公平”的。
一般使用
DEMO1：
public class Test {
private static class Counter {
private ReentrantLock mReentrantLock = new ReentrantLock();
public void count() {
mReentrantLock.lock();
try {
for (int i = 0; i < 6; i++) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "， i = " + i);
}
} finally {
// 必須在 finally 釋放鎖
mReentrantLock.unlock();
}
}
}
private static class MyThread extends Thread {
private Counter mCounter;
public MyThread(Counter counter) {
mCounter = counter;
}
@Override
public void run() {
super.run();
mCounter.count();
}
}
public static void main(String[] var0) {
Counter counter = new Counter();
// 注：myThread1 和 myThread2 是呼叫同一個物件 counter
MyThread myThread1 = new MyThread(counter);
MyThread myThread2 = new MyThread(counter);
myThread1.start();
myThread2.start();
}
}
DEMO1 輸出：
Thread-0， i = 0 Thread-0， i = 1 Thread-0， i = 2 Thread-0， i = 3 Thread-0， i = 4 Thread-0， i = 5 Thread-1， i = 0 Thread-1， i = 1 Thread-1， i = 2 Thread-1， i = 3 Thread-1， i = 4 Thread-1， i = 5
DEMO1 僅使用了 ReentrantLock 的 lock 和 unlock 來提現一般鎖的特性，確保執行緒的有序執行。此種場景 synchronized 也適用。
鎖的作用域
DEMO2：
public class Test {
private static class Counter {
private ReentrantLock mReentrantLock = new ReentrantLock();
public void count() {
for (int i = 0; i < 6; i++) {
mReentrantLock.lock();
// 模擬耗時，突出執行緒是否阻塞
try{
Thread.sleep(100);
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "， i = " + i);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
} finally {
// 必須在 finally 釋放鎖
mReentrantLock.unlock();
}
}
}
public void doOtherThing(){
for (int i = 0; i < 6; i++) {
// 模擬耗時，突出執行緒是否阻塞
try {
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " doOtherThing， i = " + i);
}
}
}
public static void main(String[] var0) {
final Counter counter = new Counter();
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
counter.count();
}
}).start();
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
counter.doOtherThing();
}
}).start();
}
}
DEMO2 輸出：
Thread-0， i = 0 Thread-1 doOtherThing， i = 0 Thread-0， i = 1 Thread-1 doOtherThing， i = 1 Thread-0， i = 2 Thread-1 doOtherThing， i = 2 Thread-0， i = 3 Thread-1 doOtherThing， i = 3 Thread-0， i = 4 Thread-1 doOtherThing， i = 4 Thread-0， i = 5 Thread-1 doOtherThing， i = 5
DEMO3:
public class Test {
private static class Counter {
private ReentrantLock mReentrantLock = new ReentrantLock();
public void count() {
for (int i = 0; i < 6; i++) {
mReentrantLock.lock();
// 模擬耗時，突出執行緒是否阻塞
try{
Thread.sleep(100);
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "， i = " + i);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
} finally {
// 必須在 finally 釋放鎖
mReentrantLock.unlock();
}
}
}
public void doOtherThing(){
mReentrantLock.lock();
try{
for (int i = 0; i < 6; i++) {
// 模擬耗時，突出執行緒是否阻塞
try {
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " doOtherThing， i = " + i);
}
}finally {
mReentrantLock.unlock();
}
}
}
public static void main(String[] var0) {
final Counter counter = new Counter();
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
counter.count();
}
}).start();
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
counter.doOtherThing();
}
}).start();
}
}
DEMO3 輸出：
Thread-0， i = 0 Thread-0， i = 1 Thread-0， i = 2 Thread-0， i = 3 Thread-0， i = 4 Thread-0， i = 5 Thread-1 doOtherThing， i = 0 Thread-1 doOtherThing， i = 1 Thread-1 doOtherThing， i = 2 Thread-1 doOtherThing， i = 3 Thread-1 doOtherThing， i = 4 Thread-1 doOtherThing， i = 5
結合 DEMO2 和 DEMO3 輸出可見，鎖的作用域在於 mReentrantLock，因為所來自於 mReentrantLock。
可終止等待
DEMO4：
public class Test {
static final int TIMEOUT = 300;
private static class Counter {
private ReentrantLock mReentrantLock = new ReentrantLock();
public void count() {
try{
//lock() 不可中斷
mReentrantLock.lock();
// 模擬耗時，突出執行緒是否阻塞
for (int i = 0; i < 6; i++) {
long startTime = System.currentTimeMillis();
while (true) {
if (System.currentTimeMillis() - startTime > 100)
break;
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "， i = " + i);
}
} finally {
// 必須在 finally 釋放鎖
mReentrantLock.unlock();
}
}
public void doOtherThing(){
try{
//lockInterruptibly() 可中斷，若執行緒沒有中斷，則獲取鎖
mReentrantLock.lockInterruptibly();
for (int i = 0; i < 6; i++) {
// 模擬耗時，突出執行緒是否阻塞
long startTime = System.currentTimeMillis();
while (true) {
if (System.currentTimeMillis() - startTime > 100)
break;
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " doOtherThing， i = " + i);
}
} catch (InterruptedException e) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 中斷 ");
}finally {
// 若當前執行緒持有鎖，則釋放
if(mReentrantLock.isHeldByCurrentThread()){
mReentrantLock.unlock();
}
}
}
}
public static void main(String[] var0) {
final Counter counter = new Counter();
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
counter.count();
}
}).start();
Thread thread2 = new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
counter.doOtherThing();
}
});
thread2.start();
long start = System.currentTimeMillis();
while (true){
if (System.currentTimeMillis() - start > TIMEOUT) {
// 若執行緒還在執行，嘗試中斷
if(thread2.isAlive()){
System.out.println(" 不等了，嘗試中斷 ");
thread2.interrupt();
}
break;
}
}
}
}
DEMO4 輸出：
Thread-0， i = 0 Thread-0， i = 1 Thread-0， i = 2 不等了，嘗試中斷 Thread-1 中斷 Thread-0， i = 3 Thread-0， i = 4 Thread-0， i = 5
執行緒 thread2 等待 300ms 後 timeout，中斷等待成功。
若把 TIMEOUT 改成 3000ms，輸出結果：（正常執行）
Thread-0， i = 0 Thread-0， i = 1 Thread-0， i = 2 Thread-0， i = 3 Thread-0， i = 4 Thread-0， i = 5 Thread-1 doOtherThing， i = 0 Thread-1 doOtherThing， i = 1 Thread-1 doOtherThing， i = 2 Thread-1 doOtherThing， i = 3 Thread-1 doOtherThing， i = 4 Thread-1 doOtherThing， i = 5
定時鎖
DEMO5：
public class Test {
static final int TIMEOUT = 3000;
private static class Counter {
private ReentrantLock mReentrantLock = new ReentrantLock();
public void count() {
try{
//lock() 不可中斷
mReentrantLock.lock();
// 模擬耗時，突出執行緒是否阻塞
for (int i = 0; i < 6; i++) {
long startTime = System.currentTimeMillis();
while (true) {
if (System.currentTimeMillis() - startTime > 100)
break;
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "， i = " + i);
}
} finally {
// 必須在 finally 釋放鎖
mReentrantLock.unlock();
}
}
public void doOtherThing(){
try{
//tryLock(long timeout, TimeUnit unit) 嘗試獲得鎖
boolean isLock = mReentrantLock.tryLock(300, TimeUnit.MILLISECONDS);
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " isLock:" + isLock);
if(isLock){
for (int i = 0; i < 6; i++) {
// 模擬耗時，突出執行緒是否阻塞
long startTime = System.currentTimeMillis();
while (true) {
if (System.currentTimeMillis() - startTime > 100)
break;
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " doOtherThing， i = " + i);
}
}else{
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " timeout");
}
} catch (InterruptedException e) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 中斷 ");
}finally {
// 若當前執行緒持有鎖，則釋放
if(mReentrantLock.isHeldByCurrentThread()){
mReentrantLock.unlock();
}
}
}
}
public static void main(String[] var0) {
final Counter counter = new Counter();
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
counter.count();
}
}).start();
Thread thread2 = new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
counter.doOtherThing();
}
});
thread2.start();
}
}
DEMO5 輸出：
Thread-0， i = 0 Thread-0， i = 1 Thread-0， i = 2 Thread-1 isLock:false Thread-1 timeout Thread-0， i = 3 Thread-0， i = 4 Thread-0， i = 5
tryLock() 嘗試獲得鎖，tryLock(long timeout, TimeUnit unit) 在給定的 timeout 時間內嘗試獲得鎖，若超時，則不帶鎖往下走，所以必須加以判斷。
ReentrantLock or synchronized
ReentrantLock 、synchronized 之間如何選擇？
ReentrantLock 在效能上 比 synchronized 更勝一籌。
ReentrantLock 需格外小心，因為需要顯式釋放鎖，lock() 後記得 unlock()，而且必須在 finally 裡面，否則容易造成死鎖。
synchronized 隱式自動釋放鎖，使用方便。
ReentrantLock 擴充套件性好，可中斷鎖，定時鎖，自由控制。
synchronized 一但進入阻塞等待，則無法中斷等待。
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