跟我学Java面向对象程序设计技术及应用——线程重入锁技术及应用

1.1线程重入锁技术及应用

1.1.1重入锁java.util.concurrent.locks.ReentrantLock

1、重入锁java.util.concurrent.locks.ReentrantLock

（1）Lock接口的实现类

java.util.concurrent.locks中提供了几个Lock接口的实现类，比较常用的是ReentrantLock 类。

（2）使用ReentrantLock能够产生出线程安全的代码

在Java 5之前，我们只能使用synchronized来锁定同步的代码。Java 5中引入了性能更佳、粒度更细的可重入锁java.util.concurrent.locks.ReentrantLock，从而保证代码具有更好的线程安全性。

ReentrantLock是一个可重入的互斥锁，它具有与使用synchronized 方法和语句所访问的隐式监视器锁相同的一些基本行为和语义，但功能更加强大——添加了类似锁投票、定时锁等候和可中断锁等候的一些特性。

此外，它还提供了在激烈争用情况下更佳的性能——当许多线程都想访问共享资源时，JVM 可以花更少的时候来调度线程，把更多时间用在执行线程上。

（3）Condition接口

就像Lock 接口是同步的具体化，Condition 接口是Object 中wait() 和notify() 方法的具体化。Lock 中的一个方法是newCondition()，它要求锁定向该锁定返回新的Condition 对象限制。

await()、signal() 和signalAll() 方法类似于wait()、notify() 和notifyAll()，但增加了灵活性，每个Lock 都可以创建多个条件变量。这简化了一些并发算法的实现。

（4）java.util.concurrent.locks.ReadWriteLock提供了一对可供读写并发的锁ReentrantLock 实现的锁定规则非常简单——每当一个线程具有锁定时，其他线程必须等待，直到该锁定可用。但有时当对数据结构的读取通常多于修改时，可以使用更复杂的称为读写锁定的锁定结构，它允许有多个并发读者，同时还允许一个写入者独占锁定。

ReadWriteLock在一般情况下（只读）提供了更大的并发性，同时在必要时仍提供独占访

问的安全性。ReadWriteLock 接口和ReentrantReadWriteLock 类提供这种功能——多读者、单写入者锁定规则，可以用这种功能来保护共享的易变资源。

2、应用synchronized时所存在的问题

（1）存在的问题一

synchronized代码块在应用中具有原子性（atomicity），原子性意味着一个线程一次只能执行由一个指定监控对象（lock）保护的代码，从而防止多个线程在更新共享状态时相互冲突——synchronized是独占锁，独占锁是一种悲观锁，会导致其它所有需要锁的线程挂起，等待持有锁的线程释放锁。

（2）存在的问题二

另外也不区分共享同步（一般是并发的读操作）与互斥同步（一般是写操作），所有同步都只能是完全排他的，只要有并发写的可能性就不得不把全部读操作也互斥同步，从而丧失并发读取的可能性。

（3）存在的问题三

主要体现在灵活性方面的弊病, 比如Object.wait(); Object.notify()等方法必须在该对象的同步块内执行（否则会抛IllegalMonitorStateException），并且一个对象只能wait/notify一个状态。

而java.util.concurrent.locks包中的有关类则是通过让一个Lock可以建多个“条件”去wait/notify增强了灵活性，而且Lock能完成synchronized所实现的所有功能。

因此，synchronized代码块在“读远多过于写”的并发状况下存在严重的性能问题，以至于硬件新增长出来的并发能力在普通应用中将被大部分折扣掉。当然，应用synchronized比Lock要简单的多。

3、应用重入的互斥锁完善前面的示例程序的代码示例

（1）lock()和unlock()方法

1)void lock()方法是获取锁，如果锁不可用，出于线程调度目的，将禁用当前线程，并

且在获得锁之前，该线程将一直处于休眠状态。

2)void unlock()方法是释放锁，对应于lock()、tryLock()、tryLock(xx)、lockInterruptibly()

等操作，应用该方法可以避免死锁或者资源浪费。

lock()方法可以获取可重入的锁，而如果该锁没有被另一个线程保持，则获取该锁并立即

返回，将锁的保持计数设置为1；如果当前线程已经保持该锁，则将保持计数加1，并且该方法立即返回；如果该锁被另一个线程保持，则出于线程调度的目的，禁用当前线程，并且在获得锁之前，该线程将一直处于休眠状态，此时锁保持计数被设置为1。

（2）为什么Lock能够保证线程安全

是因为Lock对象的lock()方法保证了只有一个线程能够只有此锁。但需要说明的是对于任何一个lock()方法，都需要一个unlock()方法与之对于，通常情况下为了保证unlock方法总是能够得到执行，unlock方法要被置于finally块中。

（3）修改SynchronizedStack类后的代码示例

使用Lock时需要自己获得锁并在使用后手动释放，这一点与synchronized有所不同；另外，Lock必须要在finally 块中释放。否则，如果受保护的访问共享数据的程序代码段抛出异常后，同步锁就有可能永远得不到释放！

由于synchronized会自动释放锁，而Lock一定要求程序员手工释放，并且必须在finally 从句中释放。

（4）代码示例

package com.px1987.threaddemo;

import java.util.LinkedList;

import java.util.concurrent.locks.Lock;

import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

public class SynchronizedStack {

private Lock someOneReentrantLock = new ReentrantLock();

private LinkedList