王者併發課-鉑金3：一勞永逸-如何理解鎖的多次可重入問題

秦二爺發表於2022-06-13

歡迎來到《王者併發課》，本文是該系列文章中的第16篇。

在前面的文章《鉑金1：探本溯源-為何說Lock介面是Java中鎖的基礎》中，我們提到了鎖的可重入問題，並作了簡單介紹。鑑於鎖的可重入是一個重要概念，所以本文把拿出來做一次單獨講解，以幫助你徹底理解它。

一、鎖的可重入所造成的問題

首先，我們通過一段示例程式碼看鎖的可重入是如何導致問題發生，以理解它的重要性。

public class ReentrantWildArea {
    // 野區鎖定
    private boolean isAreaLocked = false;

    // 進入野區A
    public synchronized void enterAreaA() throws InterruptedException {
        isAreaLocked = true;
        System.out.println("已經進入野區A...");
        enterAreaB();
    }
    // 進入野區B
    public synchronized void enterAreaB() throws InterruptedException {
        while (isAreaLocked) {
            System.out.println("野區B方法進入等待中...");
            wait();
        }
        System.out.println("已經進入野區B...");
    }

    public synchronized void unlock() {
        isAreaLocked = false;
        notify();
    }
}

在上面這段程式碼中，我們建立了一片野區，包含了野區A和野區B。接著，我們再建立一個打野英雄鎧，讓他進去野區打野，看看會發生什麼事情。

public static void main(String[] args) {
  // 打野英雄鎧進入野區
  Thread kaiThread = new Thread(() -> {
    ReentrantWildArea wildArea = new ReentrantWildArea();
    try {
      wildArea.enterAreaA();
    } catch (InterruptedException e) {
      e.printStackTrace();
    }
  });
  kaiThread.start();
}

輸出結果如下：

已經進入野區A...
野區B方法進入等待中...

從結果中可以看到，雖然在同一塊野區，但是鎧只進入野區A，卻沒能進入野區B，被阻塞在半道上了。從程式碼分析上看，野區的兩個方法都宣告瞭synchronized，但鎧在進入野區A之後，野區進行了鎖定isAreaLocked = true，導致鎧進入野區B時失敗。

這就是典型的鎖的可重入所造成的問題。在併發程式設計時，如果未能處理好這一問題，將會造成執行緒的無限阻塞，其後果和死鎖相當。

二、理解鎖的可重入

所謂鎖的可重入，指的是鎖可以被執行緒 重複 或 遞迴 呼叫，也可以理解為對同一把鎖的重複獲取。 如果未能處理好鎖的可重入問題，將會導致和死鎖類似的問題。

三、如何避免鎖的可重入問題

避免鎖的可重入問題，需要注意兩個方面：

  • 儘量避免編寫需要重入獲取鎖的程式碼；
  • 如果需要，使用可重入鎖。

在Java中，synchronized是可以重入的，下面的這段程式碼在呼叫時不會產生重入問題。

public class WildMonster {
    public synchronized void A() {
        B();
    }
    
    public synchronized void B() {
       doSomething...
    }
}

但是，基於Lock介面所實現的各種鎖並不總是支援可重入的。在前面的文章中，我們已經展示過不支援重入的Lock介面實現。在具體的場景中使用時，需要務必注意這點。如果需要可重入鎖，可以使用Java中的ReentrantLock類。

小結

在本文中，我們再次介紹了鎖的可重入問題，並介紹了其產生的原因及避免方式。Java中的synchronized關鍵字支援鎖的可重入，但是其他顯示鎖並非總是支援這一特性，在使用時需要注意。

此外，需要注意的是，鎖的可重入對鎖的效能有一定的影響，而且實現起來更為複雜。所以，我們不能說鎖的可重入與不可重入哪個好，這要取決於具體的問題。

正文到此結束，恭喜你又上了一顆星✨

夫子的試煉

  • 檢視ReentrantLock原始碼，瞭解其支援可重入的原理。

延伸閱讀與參考資料

關於作者

從業近十年，先後從事敏捷與DevOps諮詢、Tech Leader和管理等工作，對分散式高併發架構有豐富的實戰經驗。熱衷於技術分享和特定領域書籍翻譯，掘金小冊《高併發秒殺的設計精要與實現》作者。

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