-
Java锁lock的应用
从Java 5之后，在java.util.concurrent.locks包下提供了另外一种方式来实现同步访问，那就是Lock。
也许有朋友会问，既然都可以通过synchronized来实现同步访问了，那么为什么还需要提供Lock？这个问题将在下面进行阐述。本文先从synchronized的缺陷讲起，然后再讲述java.util.concurrent.locks包下常用的有哪些类和接口，最后讨论以下一些关于锁的概念方面的东西一.synchronized的缺陷
synchronized是java中的一个关键字，也就是说是Java语言内置的特性。那么为什么会出现Lock呢？
我们了解到如果一个代码块被synchronized修饰了，当一个线程获取了对应的锁，并执行该代码块时，其他线程便只能一直等待，等待获取锁的线程释放锁，而这里获取锁的线程释放锁只会有两种情况：
1）获取锁的线程执行完了该代码块，然后线程释放对锁的占有；
2）线程执行发生异常，此时JVM会让线程自动释放锁。那么如果这个获取锁的线程由于要等待IO或者其他原因（比如调用sleep方法）被阻塞了，但是又没有释放锁，其他线程便只能干巴巴地等待，试想一下，这多么影响程序执行效率。
因此就需要有一种机制可以不让等待的线程一直无期限地等待下去（比如只等待一定的时间或者能够响应中断），通过Lock就可以办到。再举个例子：当有多个线程读写文件时，读操作和写操作会发生冲突现象，写操作和写操作会发生冲突现象，但是读操作和读操作不会发生冲突现象。但是采用synchronized关键字来实现同步的话，就会导致一个问题：
如果多个线程都只是进行读操作，所以当一个线程在进行读操作时，其他线程只能等待无法进行读操作。因此就需要一种机制来使得多个线程都只是进行读操作时，线程之间不会发生冲突，通过Lock就可以办到。
另外，通过Lock可以知道线程有没有成功获取到锁。这个是synchronized无法办到的。
总结一下：
也就是说Lock提供了比synchronized更多的功能。但是要注意以下几点：
1）Lock不是Java语言内置的，synchronized是Java语言的关键字，因此是内置特性。Lock是一个类，通过这个类可以实现同步访问；
2）Lock和synchronized有一点非常大的不同，采用synchronized不需要用户去手动释放锁，当synchronized方法或者synchronized代码块执行完之后，系统会自动让线程释放对锁的占用；而Lock则必须要用户去手动释放锁，如果没有主动释放锁，就有可能导致出现死锁现象。二.java.util.concurrent.locks包下常用的类
下面我们就来探讨一下java.util.concurrent.locks包中常用的类和接口。
2.1 Lock
首先要说明的就是Lock，通过查看Lock的源码可知，Lock是一个接口：
public interface Lock { void lock(); void lockInterruptibly() throws InterruptedException; boolean tryLock(); boolean tryLock(long time, TimeUnit unit) throws InterruptedException; void unlock(); Condition newCondition(); }- 1
- 2
- 3
- 4
- 5
- 6
- 7
- 8
下面来逐个讲述Lock接口中每个方法的使用，lock()、tryLock()、tryLock(long time, TimeUnit unit)和lockInterruptibly()是用来获取锁的。unLock()方法是用来释放锁的。newCondition()这个方法暂且不在此讲述，会在后面的线程协作一文中讲述。
在Lock中声明了四个方法来获取锁，那么这四个方法有何区别呢？
lock()方法是平常使用得最多的一个方法，就是用来获取锁。如果锁已被其他线程获取，则进行等待。
由于在前面讲到如果采用Lock，必须主动去释放锁，并且在发生异常时，不会自动释放锁。因此一般来说，使用Lock必须在try{}catch{}块中进行，并且将释放锁的操作放在finally块中进行，以保证锁一定被被释放，防止死锁的发生。通常使用Lock来进行同步的话，是以下面这种形式去使用的：
Lock lock = ...; lock.lock(); try{ //处理任务 }catch(Exception ex){ }finally{ lock.unlock(); //释放锁 }- 1
- 2
- 3
- 4
- 5
- 6
- 7
- 8
- 9
tryLock()方法是有返回值的，它表示用来尝试获取锁，如果获取成功，则返回true，如果获取失败（即锁已被其他线程获取），则返回false，也就说这个方法无论如何都会立即返回。在拿不到锁时不会一直在那等待。
tryLock(long time, TimeUnit unit)方法和tryLock()方法是类似的，只不过区别在于这个方法在拿不到锁时会等待一定的时间，在时间期限之内如果还拿不到锁，就返回false。如果如果一开始拿到锁或者在等待期间内拿到了锁，则返回true。
所以，一般情况下通过tryLock来获取锁时是这样使用的：Lock lock = ...; if(lock.tryLock()) { try{ //处理任务 }catch(Exception ex){ }finally{ lock.unlock(); //释放锁 } }else { //如果不能获取锁，则直接做其他事情 }- 1
- 2
- 3
- 4
- 5
- 6
- 7
- 8
- 9
- 10
- 11
- 12
lockInterruptibly()方法比较特殊，当通过这个方法去获取锁时，如果线程正在等待获取锁，则这个线程能够响应中断，即中断线程的等待状态。也就使说，当两个线程同时通过lock.lockInterruptibly()想获取某个锁时，假若此时线程A获取到了锁，而线程B只有在等待，那么对线程B调用threadB.interrupt()方法能够中断线程B的等待过程。
由于lockInterruptibly()的声明中抛出了异常，所以lock.lockInterruptibly()必须放在try块中或者在调用lockInterruptibly()的方法外声明抛出InterruptedException。
因此lockInterruptibly()一般的使用形式如下：public void method() throws InterruptedException { lock.lockInterruptibly(); try { //..... } finally { lock.unlock(); } }- 1
- 2
- 3
- 4
- 5
- 6
- 7
- 8
- 9
注意，当一个线程获取了锁之后，是不会被interrupt()方法中断的。因为本身在前面的文章中讲过单独调用interrupt()方法不能中断正在运行过程中的线程，只能中断阻塞过程中的线程。
因此当通过lockInterruptibly()方法获取某个锁时，如果不能获取到，只有进行等待的情况下，是可以响应中断的。
而用synchronized修饰的话，当一个线程处于等待某个锁的状态，是无法被中断的，只有一直等待下去。
2.2 ReentrantLock
ReentrantLock，意思是“可重入锁”，关于可重入锁的概念在下一节讲述。ReentrantLock是唯一实现了Lock接口的类，并且ReentrantLock提供了更多的方法。下面通过一些实例看具体看一下如何使用ReentrantLock。
例子1，lock()的正确使用方法public class Test { private ArrayList<Integer> arrayList = new ArrayList<Integer>(); public static void main(String[] args) { final Test test = new Test(); new Thread(){ public void run() { test.insert(Thread.currentThread()); }; }.start(); new Thread(){ public void run() { test.insert(Thread.currentThread()); }; }.start(); } public void insert(Thread thread) { Lock lock = new ReentrantLock(); //注意这个地方 lock.lock(); try { System.out.println(thread.getName()+"得到了锁"); for(int i=0;i<5;i++) { arrayList.add(i); } } catch (Exception e) { // TODO: handle exception }finally { System.out.println(thread.getName()+"释放了锁"); lock.unlock(); } } }- 1
- 2
- 3
- 4
- 5
- 6
- 7
- 8
- 9
- 10
- 11
- 12
- 13
- 14
- 15
- 16
- 17
- 18
- 19
- 20
- 21
- 22
- 23
- 24
- 25
- 26
- 27
- 28
- 29
- 30
- 31
- 32
- 33
- 34
各位朋友先想一下这段代码的输出结果是什么？
Thread-0得到了锁 Thread-1得到了锁 Thread-0释放了锁 Thread-1释放了锁- 1
- 2
- 3
- 4
也许有朋友会问，怎么会输出这个结果？第二个线程怎么会在第一个线程释放锁之前得到了锁？原因在于，在insert方法中的lock变量是局部变量，每个线程执行该方法时都会保存一个副本，那么理所当然每个线程执行到lock.lock()处获取的是不同的锁，所以就不会发生冲突。
知道了原因改起来就比较容易了，只需要将lock声明为类的属性即可。public class Test { private ArrayList<Integer> arrayList = new ArrayList<Integer>(); private Lock lock = new ReentrantLock(); //注意这个地方 public static void main(String[] args) { final Test test = new Test(); new Thread(){ public void run() { test.insert(Thread.currentThread()); }; }.start(); new Thread(){ public void run() { test.insert(Thread.currentThread()); }; }.start(); } public void insert(Thread thread) { lock.lock(); try { System.out.println(thread.getName()+"得到了锁"); for(int i=0;i<5;i++) { arrayList.add(i); } } catch (Exception e) { // TODO: handle exception }finally { System.out.println(thread.getName()+"释放了锁"); lock.unlock(); } } }- 1
- 2
- 3
- 4
- 5
- 6
- 7
- 8
- 9
- 10
- 11
- 12
- 13
- 14
- 15
- 16
- 17
- 18
- 19
- 20
- 21
- 22
- 23
- 24
- 25
- 26
- 27
- 28
- 29
- 30
- 31
- 32
- 33
- 34
这样就是正确地使用Lock的方法了。
例子2，tryLock()的使用方法
public class Test { private ArrayList<Integer> arrayList = new ArrayList<Integer>(); private Lock lock = new ReentrantLock(); //注意这个地方 public static void main(String[] args) { final Test test = new Test(); new Thread(){ public void run() { test.insert(Thread.currentThread()); }; }.start(); new Thread(){ public void run() { test.insert(Thread.currentThread()); }; }.start(); } public void insert(Thread thread) { if(lock.tryLock()) { try { System.out.println(thread.getName()+"得到了锁"); for(int i=0;i<5;i++) { arrayList.add(i); } } catch (Exception e) { // TODO: handle exception }finally { System.out.println(thread.getName()+"释放了锁"); lock.unlock(); } } else { System.out.println(thread.getName()+"获取锁失败"); } } }- 1
- 2
- 3
- 4
- 5
- 6
- 7
- 8
- 9
- 10
- 11
- 12
- 13
- 14
- 15
- 16
- 17
- 18
- 19
- 20
- 21
- 22
- 23
- 24
- 25
- 26
- 27
- 28
- 29
- 30
- 31
- 32
- 33
- 34
- 35
- 36
- 37
输出结果：
Thread-0得到了锁 Thread-1获取锁失败 Thread-0释放了锁- 1
- 2
- 3
例子3，lockInterruptibly()响应中断的使用方法：
public class Test { private Lock lock = new ReentrantLock(); public static void main(String[] args) { Test test = new Test(); MyThread thread1 = new MyThread(test); MyThread thread2 = new MyThread(test); thread1.start(); thread2.start(); try { Thread.sleep(2000); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } thread2.interrupt(); } public void insert(Thread thread) throws InterruptedException{ lock.lockInterruptibly(); //注意，如果需要正确中断等待锁的线程，必须将获取锁放在外面，然后将InterruptedException抛出 try { System.out.println(thread.getName()+"得到了锁"); long startTime = System.currentTimeMillis(); for( ; ;) { if(System.currentTimeMillis() - startTime >= Integer.MAX_VALUE) break; //插入数据 } } finally { System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"执行finally"); lock.unlock(); System.out.println(thread.getName()+"释放了锁"); } } } class MyThread extends Thread { private Test test = null; public MyThread(Test test) { this.test = test; } @Override public void run() { try { test.insert(Thread.currentThread()); } catch (InterruptedException e) { System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"被中断"); } } }- 1
- 2
- 3
- 4
- 5
- 6
- 7
- 8
- 9
- 10
- 11
- 12
- 13
- 14
- 15
- 16
- 17
- 18
- 19
- 20
- 21
- 22
- 23
- 24
- 25
- 26
- 27
- 28
- 29
- 30
- 31
- 32
- 33
- 34
- 35
- 36
- 37
- 38
- 39
- 40
- 41
- 42
- 43
- 44
- 45
- 46
- 47
- 48
- 49
- 50
- 51
运行之后，发现thread2能够被正确中断。
2.3 ReadWriteLock
ReadWriteLock也是一个接口，在它里面只定义了两个方法：
public interface ReadWriteLock { /** * Returns the lock used for reading. * * @return the lock used for reading. */ Lock readLock(); /** * Returns the lock used for writing. * * @return the lock used for writing. */ Lock writeLock(); }- 1
- 2
- 3
- 4
- 5
- 6
- 7
- 8
- 9
- 10
- 11
- 12
- 13
- 14
- 15
一个用来获取读锁，一个用来获取写锁。也就是说将文件的读写操作分开，分成2个锁来分配给线程，从而使得多个线程可以同时进行读操作。下面的ReentrantReadWriteLock实现了ReadWriteLock接口。
2.4 ReentrantReadWriteLock
ReentrantReadWriteLock里面提供了很多丰富的方法，不过最主要的有两个方法：readLock()和writeLock()用来获取读锁和写锁。
下面通过几个例子来看一下ReentrantReadWriteLock具体用法。
假如有多个线程要同时进行读操作的话，先看一下synchronized达到的效果：
public class Test { private ReentrantReadWriteLock rwl = new ReentrantReadWriteLock(); public static void main(String[] args) { final Test test = new Test(); new Thread(){ public void run() { test.get(Thread.currentThread()); }; }.start(); new Thread(){ public void run() { test.get(Thread.currentThread()); }; }.start(); } public synchronized void get(Thread thread) { long start = System.currentTimeMillis(); while(System.currentTimeMillis() - start <= 1) { System.out.println(thread.getName()+"正在进行读操作"); } System.out.println(thread.getName()+"读操作完毕"); } }- 1
- 2
- 3
- 4
- 5
- 6
- 7
- 8
- 9
- 10
- 11
- 12
- 13
- 14
- 15
- 16
- 17
- 18
- 19
- 20
- 21
- 22
- 23
- 24
- 25
- 26
- 27
- 28
这段程序的输出结果会是，直到thread1执行完读操作之后，才会打印thread2执行读操作的信息。
Thread-0正在进行读操作 Thread-0正在进行读操作 Thread-0正在进行读操作 Thread-0正在进行读操作 Thread-0正在进行读操作 Thread-0正在进行读操作 Thread-0正在进行读操作 Thread-0正在进行读操作 Thread-0正在进行读操作 Thread-0正在进行读操作 Thread-0正在进行读操作 Thread-0正在进行读操作 Thread-0正在进行读操作 Thread-0正在进行读操作 Thread-0正在进行读操作 Thread-0正在进行读操作 Thread-0正在进行读操作 Thread-0正在进行读操作 Thread-0正在进行读操作 Thread-0正在进行读操作 Thread-0正在进行读操作 Thread-0正在进行读操作 Thread-0正在进行读操作 Thread-0正在进行读操作 Thread-0正在进行读操作 Thread-0正在进行读操作 Thread-0正在进行读操作 Thread-0正在进行读操作 Thread-0读操作完毕 Thread-1正在进行读操作 Thread-1正在进行读操作 Thread-1正在进行读操作 Thread-1正在进行读操作 Thread-1正在进行读操作 Thread-1正在进行读操作 Thread-1正在进行读操作 Thread-1正在进行读操作 Thread-1正在进行读操作 Thread-1正在进行读操作 Thread-1正在进行读操作 Thread-1正在进行读操作 Thread-1正在进行读操作 Thread-1正在进行读操作 Thread-1正在进行读操作 Thread-1正在进行读操作 Thread-1正在进行读操作 Thread-1正在进行读操作 Thread-1正在进行读操作 Thread-1正在进行读操作 Thread-1正在进行读操作 Thread-1正在进行读操作 Thread-1正在进行读操作 Thread-1正在进行读操作 Thread-1正在进行读操作 Thread-1正在进行读操作 Thread-1正在进行读操作 Thread-1正在进行读操作 Thread-1正在进行读操作 Thread-1正在进行读操作 Thread-1正在进行读操作 Thread-1正在进行读操作 Thread-1正在进行读操作 Thread-1正在进行读操作 Thread-1正在进行读操作 Thread-1正在进行读操作 Thread-1正在进行读操作 Thread-1正在进行读操作 Thread-1正在进行读操作 Thread-1正在进行读操作 Thread-1正在进行读操作 Thread-1正在进行读操作 Thread-1正在进行读操作 Thread-1读操作完毕- 1
- 2
- 3
- 4
- 5
- 6
- 7
- 8
- 9
- 10
- 11
- 12
- 13
- 14
- 15
- 16
- 17
- 18
- 19
- 20
- 21
- 22
- 23
- 24
- 25
- 26
- 27
- 28
- 29
- 30
- 31
- 32
- 33
- 34
- 35
- 36
- 37
- 38
- 39
- 40
- 41
- 42
- 43
- 44
- 45
- 46
- 47
- 48
- 49
- 50
- 51
- 52
- 53
- 54
- 55
- 56
- 57
- 58
- 59
- 60
- 61
- 62
- 63
- 64
- 65
- 66
- 67
- 68
- 69
- 70
- 71
- 72
- 73
而改成用读写锁的话：
public class Test { private ReentrantReadWriteLock rwl = new ReentrantReadWriteLock(); public static void main(String[] args) { final Test test = new Test(); new Thread(){ public void run() { test.get(Thread.currentThread()); }; }.start(); new Thread(){ public void run() { test.get(Thread.currentThread()); }; }.start(); } public void get(Thread thread) { rwl.readLock().lock(); try { long start = System.currentTimeMillis(); while(System.currentTimeMillis() - start <= 1) { System.out.println(thread.getName()+"正在进行读操作"); } System.out.println(thread.getName()+"读操作完毕"); } finally { rwl.readLock().unlock(); } } }- 1
- 2
- 3
- 4
- 5
- 6
- 7
- 8
- 9
- 10
- 11
- 12
- 13
- 14
- 15
- 16
- 17
- 18
- 19
- 20
- 21
- 22
- 23
- 24
- 25
- 26
- 27
- 28
- 29
- 30
- 31
- 32
- 33
- 34
此时打印的结果为：
Thread-0正在进行读操作 Thread-0正在进行读操作 Thread-1正在进行读操作 Thread-0正在进行读操作 Thread-1正在进行读操作 Thread-0正在进行读操作 Thread-1正在进行读操作 Thread-1正在进行读操作 Thread-1正在进行读操作 Thread-1正在进行读操作 Thread-1正在进行读操作 Thread-1正在进行读操作 Thread-0正在进行读操作 Thread-0正在进行读操作 Thread-0正在进行读操作 Thread-0正在进行读操作 Thread-1正在进行读操作 Thread-1正在进行读操作 Thread-1正在进行读操作 Thread-1正在进行读操作 Thread-0正在进行读操作 Thread-1正在进行读操作 Thread-1正在进行读操作 Thread-0正在进行读操作 Thread-1正在进行读操作 Thread-1正在进行读操作 Thread-0正在进行读操作 Thread-1正在进行读操作 Thread-1正在进行读操作 Thread-1正在进行读操作 Thread-0正在进行读操作 Thread-1正在进行读操作 Thread-1正在进行读操作 Thread-0正在进行读操作 Thread-1正在进行读操作 Thread-0正在进行读操作 Thread-1正在进行读操作 Thread-0正在进行读操作 Thread-1正在进行读操作 Thread-0正在进行读操作 Thread-1正在进行读操作 Thread-0正在进行读操作 Thread-1正在进行读操作 Thread-0正在进行读操作 Thread-1正在进行读操作 Thread-0正在进行读操作 Thread-1正在进行读操作 Thread-0读操作完毕 Thread-1读操作完毕- 1
- 2
- 3
- 4
- 5
- 6
- 7
- 8
- 9
- 10
- 11
- 12
- 13
- 14
- 15
- 16
- 17
- 18
- 19
- 20
- 21
- 22
- 23
- 24
- 25
- 26
- 27
- 28
- 29
- 30
- 31
- 32
- 33
- 34
- 35
- 36
- 37
- 38
- 39
- 40
- 41
- 42
- 43
- 44
- 45
- 46
- 47
- 48
- 49
说明thread1和thread2在同时进行读操作。
这样就大大提升了读操作的效率。不过要注意的是，如果有一个线程已经占用了读锁，则此时其他线程如果要申请写锁，则申请写锁的线程会一直等待释放读锁。
如果有一个线程已经占用了写锁，则此时其他线程如果申请写锁或者读锁，则申请的线程会一直等待释放写锁。
关于ReentrantReadWriteLock类中的其他方法感兴趣的朋友可以自行查阅API文档。2.5 Lock和synchronized的选择
总结来说，Lock和synchronized有以下几点不同：
1）Lock是一个接口，而synchronized是Java中的关键字，synchronized是内置的语言实现；
2）synchronized在发生异常时，会自动释放线程占有的锁，因此不会导致死锁现象发生；而Lock在发生异常时，如果没有主动通过unLock()去释放锁，则很可能造成死锁现象，因此使用Lock时需要在finally块中释放锁；
3）Lock可以让等待锁的线程响应中断，而synchronized却不行，使用synchronized时，等待的线程会一直等待下去，不能够响应中断；
4）通过Lock可以知道有没有成功获取锁，而synchronized却无法办到。
5）Lock可以提高多个线程进行读操作的效率。在性能上来说，如果竞争资源不激烈，两者的性能是差不多的，而当竞争资源非常激烈时（即有大量线程同时竞争），此时Lock的性能要远远优于synchronized。所以说，在具体使用时要根据适当情况选择。
2.6 LockSupport
LockSupport类，是JUC包中的一个工具类，定义了一组静态方法，提供最基本的线程阻塞和唤醒功能，是构建同步组件的基础工具，用来创建锁和其他同步类的基本线程阻塞原语。
LockSupport类的核心方法其实就两个：park() 和 unpark()，其中 park() 方法用来阻塞线程，unpark()方法用于唤醒指定线程。
和Object类的wait() 和 signal() 方法有些类似，但是LockSupport的这两种方法从语意上讲比Object类的方法更清晰，而且可以针对指定线程进行阻塞和唤醒。
LockSupport类使用了一种名为Permit（许可）的概念来做到阻塞和唤醒线程的功能，可以把许可看成是一种（0，1）信号量（Semaphore），但与Semaphore不同的是，许可的量加上限1。
初始时，permit为0，当调用 unpark() 方法时，线程的permit加1，当调用 park()方法时，如果permit为0，则调用线程进入阻塞状态。
假设现在需要实现一种FIFO类型的独占锁，可以把这种锁看成是ReentrantLock的公平锁简单版本，且是不可重入的，就是说当一个线程获得锁后，其他等待线程以FIFO的调度方式等待获取锁。
import java.util.Queue; import java.util.concurrent.ConcurrentLinkedQueue; import java.util.concurrent.atomic.AtomicBoolean; import java.util.concurrent.locks.LockSupport; class FIFOMutex { private final AtomicBoolean locked = new AtomicBoolean(false); private final Queue<Thread> waiters = new ConcurrentLinkedQueue<>(); public void lock(){ Thread current = Thread.currentThread(); waiters.add(current); // 如果当前线程不在队首，或锁已被占用，则当前线程阻塞 // 这个判断的内在意图：锁必须由队首元素拿到 while (waiters.peek() != current || !locked.compareAndSet(false,true)){ LockSupport.park(); } waiters.remove();// 删除队首元素 } public void unlock(){ locked.set(false); LockSupport.unpark(waiters.peek()); } } public class TestFIFOMutex { public static void main(String[] args) throws InterruptedException { FIFOMutex mutex = new FIFOMutex(); MyThread a1 = new MyThread("a", mutex); MyThread a2 = new MyThread("b", mutex); MyThread a3 = new MyThread("c", mutex); a1.start(); a2.start(); a3.start(); a1.join(); a2.join(); a3.join(); System.out.println("Finished"); } } class MyThread extends Thread{ private String name; private FIFOMutex mutex; private static int count; public MyThread(String name, FIFOMutex mutex) { this.name = name; this.mutex = mutex; } @Override public void run() { for (int i = 0; i < 20; i++) { mutex.lock(); count++; System.out.println("thread:"+Thread.currentThread().getName()+" name:" + name + " count:" + count); mutex.unlock(); } } }- 1
- 2
- 3
- 4
- 5
- 6
- 7
- 8
- 9
- 10
- 11
- 12
- 13
- 14
- 15
- 16
- 17
- 18
- 19
- 20
- 21
- 22
- 23
- 24
- 25
- 26
- 27
- 28
- 29
- 30
- 31
- 32
- 33
- 34
- 35
- 36
- 37
- 38
- 39
- 40
- 41
- 42
- 43
- 44
- 45
- 46
- 47
- 48
- 49
- 50
- 51
- 52
- 53
- 54
- 55
- 56
- 57
- 58
- 59
- 60
- 61
- 62
上述FIFOMutex类的实现中，当判断锁已被占用时，会调用 LockSupport.park(this) 方法，将当前调用线程阻塞；当使用完锁时，会调用 LockSupport.unpark(waiters.peek()) 方法将等待队列中的队首线程唤醒。
通过LockSupport的这两个方法，可以很方便的阻塞和唤醒线程。
park 方法是会响应中断的，但是不会抛出异常。（也就是说如果当前调用线程被中断，则会立即返回但不会抛出中断异常）
park 的重载方法 park(Object blocker)，会传入一个blocker对象，所谓Blocker对象，其实就是当前线程调用时所在调用对象（如上述示例中的FIFOMutex对象）。该对象一般供监视、诊断工具确定线程受阻塞的原因时使用。
2.7 Condition
在没有Lock之前，我们使用synchronized来控制同步，配合Object的wait()、wait(long timeout)、notify()、以及notifyAll 等方法可以实现等待/通知模式。
Condition接口也提供了类似于Object的监听器方法、与Lock接口配合可以实现等待/通知模式，但是两者还是有很大区别的，下图是两者的对比：
Condition 将 Object 监视器方法（wait、notify 和 notifyAll）分解成截然不同的对象，以便通过将这些对象与任意 Lock 实现组合使用，为每个对象提供多个等待 set（wait-set）。其中，Lock 替代了 synchronized 方法和语句的使用，Condition 替代了 Object 监视器方法的使用。
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。
Condition 实例实质上被绑定到一个锁上。要为特定 Lock 实例获得 Condition 实例，请使用其 newCondition() 方法。
核心方法
Condition提供了一系列的方法来对阻塞和唤醒线程：await()：造成当前线程在接到信号或被中断之前一直处于等待状态。
await(long time, TimeUnit unit) ：造成当前线程在接到信号、被中断或到达指定等待时间之前一直处于等待状态。
awaitNanos(long nanosTimeout) ：造成当前线程在接到信号、被中断或到达指定等待时间之前一直处于等待状态。返回值表示剩余时间，如果在nanosTimesout之前唤醒，那么返回值 = nanosTimeout - 消耗时间，如果返回值 <= 0 ,则可以认定它已经超时了。
awaitUninterruptibly() ：造成当前线程在接到信号之前一直处于等待状态。【注意：该方法对中断不敏感】。
awaitUntil(Date deadline) ：造成当前线程在接到信号、被中断或到达指定最后期限之前一直处于等待状态。如果没有到指定时间就被通知，则返回true，否则表示到了指定时间，返回返回false。
signal() ：唤醒一个等待线程。该线程从等待方法返回前必须获得与Condition相关的锁。
signalAll() ：唤醒所有等待线程。能够从等待方法返回的线程必须获得与Condition相关的锁。
Condition是一种广义上的条件队列。他为线程提供了一种更为灵活的等待/通知模式，线程在调用await方法后执行挂起操作，直到线程等待的某个条件为真时才会被唤醒。Condition必须要配合锁一起使用，因为对共享状态变量的访问发生在多线程环境下。一个Condition的实例必须与一个Lock绑定，因此Condition一般都是作为Lock的内部实现。
源码探索
获取一个Condition必须要通过Lock的newCondition()方法。该方法定义在接口Lock下，返回的结果是绑定到此 Lock 实例的新 Condition 实例。
Condition为一个接口，其下仅有一个实现类ConditionObject，由于Condition的操作需要获取相关的锁，而AQS则是同步锁的实现基础，所以ConditionObject则定义为AQS的内部类。public class ConditionObject implements Condition, java.io.Serializable { // 省略方法 }- 1
- 2
- 3
等待队列
每个Condition对象都包含着一个FIFO队列，该队列是Condition对象通知/等待功能的关键。
在队列中每一个节点都包含着一个线程引用，该线程就是在该Condition对象上等待的线程。
Condition的定义：public class ConditionObject implements Condition, java.io.Serializable { private static final long serialVersionUID = 1173984872572414699L; /** First node of condition queue. */ private transient Node firstWaiter; /** Last node of condition queue. */ private transient Node lastWaiter; /** * Creates a new {@code ConditionObject} instance. */ public ConditionObject() { } // Internal methods // 省略方法 }- 1
- 2
- 3
- 4
- 5
- 6
- 7
- 8
- 9
- 10
- 11
- 12
- 13
- 14
- 15
- 16
- 17
从上面代码可以看出Condition拥有首节点（firstWaiter），尾节点（lastWaiter）。
当前线程调用await()方法，将会以当前线程构造成一个节点（Node），并将节点加入到该队列的尾部。Node里面包含了当前线程的引用。Node定义与AQS的CLH同步队列的节点使用的都是同一个类。
Condition的队列结构比CLH同步队列的结构简单些，新增过程较为简单只需要将原尾节点的nextWaiter指向新增节点，然后更新lastWaiter即可。等待
调用Condition的await()方法会使当前线程进入等待状态，同时会加入到Condition等待队列并释放锁。
当从await()方法返回时，当前线程一定是获取了Condition相的锁。public final void await() throws InterruptedException { // 当前线程中断、直接异常 if (Thread.interrupted()) throw new InterruptedException(); //加入等待队列 Node node = addConditionWaiter(); //释放锁 int savedState = fullyRelease(node); int interruptMode = 0; //检测当前节点是否在同步队列上、如果不在则说明该节点没有资格竞争锁，继续等待。 while (!isOnSyncQueue(node)) { // 挂起线程 LockSupport.park(this); // 线程释是否被中断，中断直接退出 if ((interruptMode = checkInterruptWhileWaiting(node)) != 0) break; } // 获取同步状态 if (acquireQueued(node, savedState) && interruptMode != THROW_IE) interruptMode = REINTERRUPT; // 清理条件队列 if (node.nextWaiter != null) // clean up if cancelled unlinkCancelledWaiters(); if (interruptMode != 0) reportInterruptAfterWait(interruptMode); }- 1
- 2
- 3
- 4
- 5
- 6
- 7
- 8
- 9
- 10
- 11
- 12
- 13
- 14
- 15
- 16
- 17
- 18
- 19
- 20
- 21
- 22
- 23
- 24
- 25
- 26
- 27
- 28
- 29
- 30
- 31
- 32
- 33
- 34
此段代码的逻辑是：首先将当前线程新建一个节点同时加入到等待队列中，然后释放当前线程持有的同步状态。
然后则是不断检测该节点代表的线程是否出现在CLH同步队列中（收到signal信号之后就会在AQS队列中检测到），如果不存在则一直挂起，否则参与竞争同步状态。加入条件队列（addConditionWaiter()）源码如下
private Node addConditionWaiter() { //队列的尾节点 Node t = lastWaiter; // If lastWaiter is cancelled, clean out. // 如果该节点的状态的不是CONDITION，则说明该节点不在等待队列上，需要清除 if (t != null && t.waitStatus != Node.CONDITION) { // 清除等待队列中状态不为CONDITION的节点 unlinkCancelledWaiters(); //清除后重新获取尾节点 t = lastWaiter; } // 将当前线程构造成等待节点 Node node = new Node(Thread.currentThread(), Node.CONDITION); // 将node节点添加到等待队列的尾部 if (t == null) firstWaiter = node; else t.nextWaiter = node; lastWaiter = node; return node; }- 1
- 2
- 3
- 4
- 5
- 6
- 7
- 8
- 9
- 10
- 11
- 12
- 13
- 14
- 15
- 16
- 17
- 18
- 19
- 20
- 21
- 22
- 23
- 24
- 25
- 26
- 27
- 28
该方法主要是将当前线程加入到Condition条件队列中。当然在加入到尾节点之前会清除所有状态不为Condition的节点。
fullyRelease(Node node)，负责释放该线程持有的锁
final int fullyRelease(Node node) { boolean failed = true; try { // 获取节点持有锁的数量 int savedState = getState(); // 释放锁也就是释放共享状态 if (release(savedState)) { failed = false; return savedState; } else { throw new IllegalMonitorStateException(); } } finally { if (failed) node.waitStatus = Node.CANCELLED; } }- 1
- 2
- 3
- 4
- 5
- 6
- 7
- 8
- 9
- 10
- 11
- 12
- 13
- 14
- 15
- 16
- 17
- 18
- 19
isOnSyncQueue(Node node)：如果一个节点刚开始在条件队列上，现在在同步队列上获取锁则返回true。
final boolean isOnSyncQueue(Node node) { // 状态为CONDITION 、前驱节点为空，返回false if (node.waitStatus == Node.CONDITION || node.prev == null) return false; // 如果后继节点不为空，则说明节点肯定在同步队列中 if (node.next != null) // If has successor, it must be on queue return true; /* * node.prev can be non-null, but not yet on queue because * the CAS to place it on queue can fail. So we have to * traverse from tail to make sure it actually made it. It * will always be near the tail in calls to this method, and * unless the CAS failed (which is unlikely), it will be * there, so we hardly ever traverse much. */ return findNodeFromTail(node); }- 1
- 2
- 3
- 4
- 5
- 6
- 7
- 8
- 9
- 10
- 11
- 12
- 13
- 14
- 15
- 16
- 17
- 18
- 19
unlinkCancelledWaiters()：负责将条件队列中状态不为Condition的节点删除。
private void unlinkCancelledWaiters() { // 首节点 Node t = firstWaiter; Node trail = null; // 从头开始清除状态不为CONDITION的节点 while (t != null) { Node next = t.nextWaiter; if (t.waitStatus != Node.CONDITION) { t.nextWaiter = null; if (trail == null) firstWaiter = next; else trail.nextWaiter = next; if (next == null) lastWaiter = trail; } else trail = t; t = next; } }- 1
- 2
- 3
- 4
- 5
- 6
- 7
- 8
- 9
- 10
- 11
- 12
- 13
- 14
- 15
- 16
- 17
- 18
- 19
- 20
- 21
- 22
- 23
- 24
通知
调用Condition的signal()方法，将会唤醒在等待队列中等待最长时间的节点（条件队列里的首节点），在唤醒节点前，会将节点移到同步队列中。public final void signal() { // 如果同步是以独占方式进行的，则返回 true；其他情况则返回 false if (!isHeldExclusively()) throw new IllegalMonitorStateException(); // 唤醒首节点 Node first = firstWaiter; if (first != null) doSignal(first); }- 1
- 2
- 3
- 4
- 5
- 6
- 7
- 8
- 9
- 10
- 11
- 12
该方法首先会判断当前线程是否已经获得了锁，这是前置条件。然后唤醒条件队列中的头节点。
doSignal(Node first)：唤醒头节点
private void doSignal(Node first) { do { // 修改头节点、方便移除 if ( (firstWaiter = first.nextWaiter) == null) lastWaiter = null; first.nextWaiter = null; // 将该节点移到同步队列 } while (!transferForSignal(first) && (first = firstWaiter) != null); }- 1
- 2
- 3
- 4
- 5
- 6
- 7
- 8
- 9
- 10
**doSignal(Node first)**主要是做两件事：
1.修改头节点；
2.调用transferForSignal(Node first) 方法将节点移动到CLH同步队列中。transferForSignal(Node first)源码如下
final boolean transferForSignal(Node node) { /* * If cannot change waitStatus, the node has been cancelled. */ // 将该节点的状态改为初始状态0 if (!compareAndSetWaitStatus(node, Node.CONDITION, 0)) return false; /* * Splice onto queue and try to set waitStatus of predecessor to * indicate that thread is (probably) waiting. If cancelled or * attempt to set waitStatus fails, wake up to resync (in which * case the waitStatus can be transiently and harmlessly wrong). */ // 将该节点添加到同步队列的尾部、返回的是旧的尾部节点，也就是 node.prev节点 Node p = enq(node); //如果结点p的状态为cancel 或者修改waitStatus失败，则直接唤醒 int ws = p.waitStatus; if (ws > 0 || !compareAndSetWaitStatus(p, ws, Node.SIGNAL)) LockSupport.unpark(node.thread); return true; }- 1
- 2
- 3
- 4
- 5
- 6
- 7
- 8
- 9
- 10
- 11
- 12
- 13
- 14
- 15
- 16
- 17
- 18
- 19
- 20
- 21
- 22
- 23
- 24
整个通知的流程如下：
判断当前线程是否已经获取了锁，如果没有获取则直接抛出异常，因为获取锁为通知的前置条件。
如果线程已经获取了锁，则将唤醒条件队列的首节点。
唤醒首节点是先将条件队列中的头节点移出，然后调用AQS的enq(Node node)方法将其安全地移到CLH同步队列中 。
最后判断如果该节点的同步状态是否为Cancel，或者修改状态为Signal失败时，则直接调用LockSupport唤醒该节点的线程。
一个线程获取锁后，通过调用Condition的await()方法，会将当前线程先加入到条件队列中，然后释放锁，最后通过isOnSyncQueue(Node node)方法不断自检看节点是否已经在CLH同步队列了，如果是则尝试获取锁，否则一直挂起。
当线程调用signal()方法后，程序首先检查当前线程是否获取了锁，然后通过doSignal(Node first)方法唤醒CLH同步队列的首节点。被唤醒的线程，将从await()方法中的while循环中退出来，然后调用acquireQueued()方法竞争同步状态。
栗子：
class BoundedBuffer { final Lock lock = new ReentrantLock(); final Condition notFull = lock.newCondition(); final Condition notEmpty = lock.newCondition(); final Object[] items = new Object[100]; int putptr, takeptr, count; public void put(Object x) throws InterruptedException { lock.lock(); try { while (count == items.length) notFull.await(); items[putptr] = x; if (++putptr == items.length) putptr = 0; ++count; notEmpty.signal(); } finally { lock.unlock(); } } public Object take() throws InterruptedException { lock.lock(); try { while (count == 0) notEmpty.await(); Object x = items[takeptr]; if (++takeptr == items.length) takeptr = 0; --count; notFull.signal(); return x; } finally { lock.unlock(); } } }- 1
- 2
- 3
- 4
- 5
- 6
- 7
- 8
- 9
- 10
- 11
- 12
- 13
- 14
- 15
- 16
- 17
- 18
- 19
- 20
- 21
- 22
- 23
- 24
- 25
- 26
- 27
- 28
- 29
- 30
- 31
- 32
- 33
- 34
- 35
- 36
- 37
三.锁的相关概念介绍
在前面介绍了Lock的基本使用，这一节来介绍一下与锁相关的几个概念。
3.1 可重入锁
如果锁具备可重入性，则称作为可重入锁。像synchronized和ReentrantLock都是可重入锁，可重入性在我看来实际上表明了锁的分配机制：基于线程的分配，而不是基于方法调用的分配。举个简单的例子，当一个线程执行到某个synchronized方法时，比如说method1，而在method1中会调用另外一个synchronized方法method2，此时线程不必重新去申请锁，而是可以直接执行方法method2。
看下面这段代码就明白了：class MyClass { public synchronized void method1() { method2(); } public synchronized void method2() { } }- 1
- 2
- 3
- 4
- 5
- 6
- 7
- 8
- 9
上述代码中的两个方法method1和method2都用synchronized修饰了，假如某一时刻，线程A执行到了method1，此时线程A获取了这个对象的锁，而由于method2也是synchronized方法，假如synchronized不具备可重入性，此时线程A需要重新申请锁。但是这就会造成一个问题，因为线程A已经持有了该对象的锁，而又在申请获取该对象的锁，这样就会线程A一直等待永远不会获取到的锁。
而由于synchronized和Lock都具备可重入性，所以不会发生上述现象。
3.2 可中断锁
可中断锁：顾名思义，就是可以相应中断的锁。
在Java中，synchronized就不是可中断锁，而Lock是可中断锁。
如果某一线程A正在执行锁中的代码，另一线程B正在等待获取该锁，可能由于等待时间过长，线程B不想等待了，想先处理其他事情，我们可以让它中断自己或者在别的线程中中断它，这种就是可中断锁。
在前面演示lockInterruptibly()的用法时已经体现了Lock的可中断性。
3.3 公平锁
公平锁即尽量以请求锁的顺序来获取锁。比如同是有多个线程在等待一个锁，当这个锁被释放时，等待时间最久的线程（最先请求的线程）会获得该所，这种就是公平锁。
非公平锁即无法保证锁的获取是按照请求锁的顺序进行的。这样就可能导致某个或者一些线程永远获取不到锁。
在Java中，synchronized就是非公平锁，它无法保证等待的线程获取锁的顺序。
而对于ReentrantLock和ReentrantReadWriteLock，它默认情况下是非公平锁，但是可以设置为公平锁。
看一下这2个类的源代码就清楚了：
在ReentrantLock中定义了2个静态内部类，一个是NotFairSync，一个是FairSync，分别用来实现非公平锁和公平锁。
我们可以在创建ReentrantLock对象时，通过以下方式来设置锁的公平性：
ReentrantLock lock = new ReentrantLock(true);如果参数为true表示为公平锁，为fasle为非公平锁。默认情况下，如果使用无参构造器，则是非公平锁。
另外在ReentrantLock类中定义了很多方法，比如： isFair() //判断锁是否是公平锁 isLocked() //判断锁是否被任何线程获取了 isHeldByCurrentThread() //判断锁是否被当前线程获取了 hasQueuedThreads() //判断是否有线程在等待该锁 在ReentrantReadWriteLock中也有类似的方法，同样也可以设置为公平锁和非公平锁。不过要记住，ReentrantReadWriteLock并未实现Lock接口，它实现的是ReadWriteLock接口。- 1
- 2
- 3
- 4
- 5
- 6
3.4 读写锁
读写锁将对一个资源（比如文件）的访问分成了2个锁，一个读锁和一个写锁。
正因为有了读写锁，才使得多个线程之间的读操作不会发生冲突。
ReadWriteLock就是读写锁，它是一个接口，ReentrantReadWriteLock实现了这个接口。
可以通过readLock()获取读锁，通过writeLock()获取写锁。
上面已经演示过了读写锁的使用方法，在此不再赘述。
-
相关阅读:
jupyter远程服务器配置以及服务器开机自启
支持对协议和会话分享动作进行授权，新增API Key白名单功能，JumpServer堡垒机v3.9.0发布
【LeetCode】136. 只出现一次的数 python
I/O多路转接
10. 查询没学过“张三”老师教授的任一门课程的学生姓名
MySQL 练习＜2＞
交叉编译器arm-linux-gcc，aarch64-himix200-linux-gcc命令找不到 not found ，所有原因全方位解析
java毕业生设计学校食堂订餐管理计算机源码+系统+mysql+调试部署+lw
R语言使用plot函数可视化数据散点图，使用sub参数为可视化图像添加副标题
从这两道题重新理解，JS的this、作用域、闭包、对象
- 原文地址：https://blog.csdn.net/liufang_imei/article/details/132712572