ReentrantLock笔记(一) 重入锁应用

在JDK5.0版本之前，重入锁的性能远远好于synchronized关键字，JDK6.0版本之后synchronized 得到了大量的优化，二者性能也不分伯仲，但是重入锁是可以完全替代synchronized关键字的。除此之外，重入锁又自带一系列高逼格UBFF：可中断响应、锁申请等待限时、公平锁。另外可以结合Condition来使用，使其更是逼格满满。

一、获取锁和释放锁

class X {
   private final ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
   // ...

   public void m() {
     lock.lock();  // block until condition holds
     try {
       // ... method body
     } finally {
       lock.unlock()
     }
   }
 }

ps: 在使用阻塞等待获取锁的方式中，必须在 try 代码块之外，并且在加锁方法与 try 代码块之间没有任何可能抛出异常的方法调用，避免加锁成功后，在 finally 中无法解锁。

二、简单应用

public class ReentrantLockTest implements Runnable{
    public static ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
    public static int i = 0;

    @Override
    public void run() {
        for (int j = 0; j < 10000; j++) {
            lock.lock();  // 看这里就可以
            //lock.lock(); ①
            try {
                i++;
            } finally {
                lock.unlock(); // 看这里就可以
                //lock.unlock();②
            }
        }
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        ReentrantLockTest test = new ReentrantLockTest();
        Thread t1 = new Thread(test);
        Thread t2 = new Thread(test);
        t1.start();t2.start();
        t1.join(); t2.join(); // main线程会等待t1和t2都运行完再执行以后的流程
        System.err.println(i);
    }
}

t.join()方法阻塞调用此方法的线程(calling thread)，直到线程t完成，此线程再继续；通常用于在main()主线程内，等待其它线程完成再结束main()主线程

可以看出，Join方法实现是通过wait（小提示：Object 提供的方法）。 当main线程调用t.join时候，main线程会获得线程对象t的锁（wait 意味着拿到该对象的锁),调用该对象的wait(等待时间)，直到该对象唤醒main线程 ，比如退出后。这就意味着main 线程调用t.join时，必须能够拿到线程t对象的锁。

从上可以看出，使用重入锁进行加锁是一种显式操作，通过何时加锁与释放锁使重入锁对逻辑控制的灵活性远远大于synchronized关键字。同时，需要注意，有加锁就必须有释放锁，而且加锁与释放锁的分数要相同，这里就引出了“重”字的概念，如上边代码演示，放开①、②处的注释，与原来效果一致。

三、中断响应

对于synchronized块来说，要么获取到锁执行，要么持续等待。而重入锁的中断响应功能就合理地避免了这样的情况。比如，一个正在等待获取锁的线程被“告知”无须继续等待下去，就可以停止工作了。直接上代码，来演示使用重入锁如何解决死锁：

public class KillDeadlock implements Runnable {
    public static ReentrantLock lock1 = new ReentrantLock();
    public static ReentrantLock lock2 = new ReentrantLock();
    int lock;

    public KillDeadlock(int lock) {
        this.lock = lock;
    }

    @Override
    public void run() {
        try {
            if (lock == 1) {
                lock1.lockInterruptibly();  // 以可以响应中断的方式加锁
                try {
                    Thread.sleep(500);
                } catch (InterruptedException e) {
                }
                lock2.lockInterruptibly();
            } else {
                lock2.lockInterruptibly();  // 以可以响应中断的方式加锁
                try {
                    Thread.sleep(500);
                } catch (InterruptedException e) {
                }
                lock1.lockInterruptibly();
            }
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            if (lock1.isHeldByCurrentThread()) {
                lock1.unlock();  // 注意判断方式
            }
            if (lock2.isHeldByCurrentThread()) {
                lock2.unlock();
            }
            System.err.println(Thread.currentThread().getId() + "退出！");
        }
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        KillDeadlock deadLock1 = new KillDeadlock(1);
        KillDeadlock deadLock2 = new KillDeadlock(2);
        Thread t1 = new Thread(deadLock1);
        Thread t2 = new Thread(deadLock2);
        t1.start();
        t2.start();
        Thread.sleep(1000);
        t2.interrupt(); // ③
    }
}

t1、t2线程开始运行时，会分别持有lock1和lock2而请求lock2和lock1，这样就发生了死锁。

但是，在③处给t2线程状态标记为中断后，持有重入锁lock2的线程t2会响应中断，并不再继续等待lock1，同时释放了其原本持有的lock2，这样t1获取到了lock2，正常执行完成。t2也会退出，但只是释放了资源并没有完成工作。

四、锁申请等待限时

可以使用 tryLock()或者tryLock(long timeout, TimeUtil unit) 方法进行一次限时的锁等待。

前者不带参数，这时线程尝试获取锁，如果获取到锁则继续执行，如果锁被其他线程持有，则立即返回 false ，也就是不会使当前线程等待，所以不会产生死锁。

后者带有参数，表示在指定时长内获取到锁则继续执行，如果等待指定时长后还没有获取到锁则返回false。

示例中，t1先获取到锁，并休眠2秒，这时t2开始等待，等待1秒后依然没有获取到锁，就不再继续等待，符合预期结果。

public class TryLockTest implements Runnable {
    public static ReentrantLock lock = new ReentrantLock();

    @Override
    public void run() {
        try {
            // 等待1秒 ,t1先获取到锁,所有继续执行,但是t2尝试获取锁时候,会返回false,t2获取锁失败~
            if (lock.tryLock(1, TimeUnit.SECONDS)) {
                Thread.sleep(2000);  //休眠2秒
            } else {
                System.err.println(Thread.currentThread().getName() + "获取锁失败！");
            }
        } catch (Exception e) {
            if (lock.isHeldByCurrentThread()) {
                lock.unlock();
            }
        }
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        TryLockTest test = new TryLockTest();
        Thread t1 = new Thread(test);
        t1.setName("线程1");
        Thread t2 = new Thread(test);
        t1.setName("线程2");
        t1.start();
        t2.start();
        //运行结果:  线程2获取锁失败！
    }
}

五、公平锁

所谓公平锁，就是按照时间先后顺序，使先等待的线程先得到锁，而且，公平锁不会产生饥饿锁，也就是只要排队等待，最终能等待到获取锁的机会。

使用重入锁（默认是非公平锁）创建公平锁：

public ReentrantLock(boolean fair) {
    sync = fair ? new FairSync() : new NonfairSync();
}

public class FairLockTest implements Runnable {
    public static ReentrantLock lock = new ReentrantLock(true);

    @Override
    public void run() {
        while (true) {
            lock.lock();
            try {
                //休眠
                Thread.sleep(200);
                System.err.println(Thread.currentThread().getName() + "获取到了锁！");
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            } finally {
                lock.unlock();
            }
        }
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        FairLockTest test = new FairLockTest();
        Thread t1 = new Thread(test, "线程1");
        Thread t2 = new Thread(test, "线程2");
        t1.start();
        t2.start();
    }
}

* 运行结果:
* 线程1获取到了锁！
* 线程2获取到了锁！
* 线程1获取到了锁！
* 线程2获取到了锁！
* 线程1获取到了锁！
* 线程2获取到了锁！
* 线程1获取到了锁！
* 线程2获取到了锁！
* 线程1获取到了锁！
* 线程2获取到了锁！
* 线程1获取到了锁！
* 线程2获取到了锁！
* 线程1获取到了锁！
* 线程2获取到了锁！
* 线程1获取到了锁！
* 线程2获取到了锁！
* ......

代码实例可以发现，t1和t2交替获取到锁。如果是非公平锁，会发生t1运行了许多遍后t2才开始运行的情况。

六、配合Condition使用

使用Condition实现简单的阻塞队列/notify/wait等功能。

阻塞队列是一种特殊的先进先出队列,它有以下几个特点:

1.入队和出队线程安全

2.当队列满时,入队线程会被阻塞;当队列为空时,出队线程会被阻塞。

配合关键字synchronized使用的方法如：await()、notify()、notifyAll()，同样配合ReentrantLock 使用的Conditon提供了以下方法：

public interface Condition {
    void await() throws InterruptedException; // 类似于Object.wait()
    void awaitUninterruptibly(); // 与await()相同，但不会再等待过程中响应中断
    long awaitNanos(long nanosTimeout) throws InterruptedException;
    boolean await(long time, TimeUnit unit) throws InterruptedException;
    boolean awaitUntil(Date deadline) throws InterruptedException;
    void signal(); // 类似于Obejct.notify()
    void signalAll();
}

ReentrantLock 实现了Lock接口，可以通过该接口提供的newCondition()方法创建Condition对象：

public interface Lock {
    void lock();
    void lockInterruptibly() throws InterruptedException;
    boolean tryLock();
    boolean tryLock(long time, TimeUnit unit) throws InterruptedException;
    void unlock();
    Condition newCondition();
}

使用:

public class ReentrantLockWithConditon implements Runnable {
    public static ReentrantLock lock = new ReentrantLock(true);
    public static Condition condition = lock.newCondition();

    @Override
    public void run() {
        lock.newCondition();
        lock.lock();
        try {
            System.err.println(Thread.currentThread().getName() + "-线程开始等待...");
            condition.await();
            System.err.println(Thread.currentThread().getName() + "-线程继续进行了");
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        ReentrantLockWithConditon test = new ReentrantLockWithConditon();
        Thread t = new Thread(test, "线程ABC");
        t.start();
        Thread.sleep(1000);
        System.err.println("过了1秒后...");
        lock.lock();
        try {
            condition.signal(); // 调用该方法前需要获取到创建该对象的锁 否则会产生  java.lang.IllegalMonitorStateException异常
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }

}

七、总结

可重入锁可以理解为锁的一个标识。该标识具备计数器功能。

标识的初始值为0，表示当前锁没有被任何线程持有。每次线程获得一个可重入锁的时候，该锁的计数器就被加1。

每次一个线程释放该所的时候，该锁的计数器就减1。

前提是：当前线程已经获得了该锁，是在线程的内部出现再次获取锁的场景。

其实ReentrantLock还有很多方法，其中下面还有三个需要注意一下。

1、lockInterruptibly()方法：获得锁，但是优先响应中断。就是如果线程调用了interrupt()这个中断方法，那么不会去获得锁。

2、tryLock()：尝试获得锁，如果成功立即返回true，反之失败就返回false。该方法不会进行等待，立即返回值。

3、tryLock(long time,TimeUnit unit):在给定时间内尝试获得锁。

参考: https://blog.csdn.net/Somhu/article/details/78874634